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纳米Sn_SnO_2_石墨复合材料作为锂离子电池负极材料的研究

纳米Sn_SnO_2_石墨复合材料作为锂离子电池负极材料的研究
纳米Sn_SnO_2_石墨复合材料作为锂离子电池负极材料的研究

硅负极材料在锂离子电池中的应用

新型硅负极材料在锂离子电池中的应用研究 吴孟涛 天津巴莫科技股份有限公司 当今社会便携式可移动电子设备的高速发展极大的刺激了市场对重量轻体积小容量和能量密度更高的锂离子电池的需求。目前商业化锂离子电池都是以碳基材料作为负极的,但由于石墨负极的可逆容量只有372mAh/g (LiC6),严重限制了未来锂离子电池的发展,所以研发下一代锂离子电池负极材料成为新的热点。人们发现在Li22Si5中硅的恒流理论容量达到了4200mAh/g,是极具开发潜力的锂离子负极材料。但这种材料的缺点也很突出:在嵌锂和脱锂过程中材料体积会发生膨胀,微观结构发生改变而导致在嵌锂脱嵌过程中电极的断裂和损耗[1]。虽然不少文献提出了很多改进方法但由于制备出的硅薄膜材料厚度较薄,不适宜商业化生产。为了使硅负极可以应用于实际生产,我公司以无定形硅薄膜溅射在铜箔上成功制备出了厚度大于1μ的硅薄膜负极材料并与市场上的LiCoO2制成电池进行了一系列循环和倍率性能测试。 1 实验: 硅薄膜是以物理溅射的方法在表面粗糙的铜箔上的[2]。表面形貌分析应用的是HRTEM(FEI Tecnai20).制备出的硅薄膜材料在80℃下真空干燥24h,与市场上销售的LiCoO2在手套箱中组成2025扣式全电池。电解液为1M LiPF6/EC+DMC(体积比1:1);隔膜使用的是Celgard-2300。所有倍率试验和循环性能试验都是在电脑控制的25±1℃恒温系统中进行的。 2结果与讨论: 图1是循环前硅薄膜材料的HRTEM图和SAED图,从图中可以清楚看出涂在铜箔上的硅薄膜是无定形状态的。 图1 硅薄膜材料的HRTEM图和SAED图

锂电池负极材料大体分为以下几种

锂电池负极材料大体分为以下几种: 第一种是碳负极材料: 目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是锡基负极材料: 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。 第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料,目前也没有商业化产品。 第四种是合金类负极材料: 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金,目前也没有商业化产品。 第五种是纳米级负极材料:纳米碳管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料:目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向,诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨,锡氧化物,纳米碳管里面,极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。 锂金属电池 锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极(负极)、以二氧化锰为阴极(正极),并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍);终止放电电压为2V;比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤10%);工作温度范围-20℃~+60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。 锂离子电池 可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池,但它较为“娇气”,在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此,在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高,要保证终止电压精度在±1%之内,目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC,以保证安全、可靠、快速地充电。 现在手机已十分普遍,基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压,因为近年材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂(以下称磷铁)正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V,磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V~3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.0V,磷铁为2.5V)。低于2.5V(磷铁2.0V)继续放电称为过放,过放对电池会有损害。

石墨作为锂离子电池负极材料

石墨作为锂离子电池负极材料 锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。充电时,锂离子从正极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入到负极中;放电时则相反,锂离子从负极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入到正极中。 锂离子电池的负极是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压而成。 石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点,成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料。 石墨的嵌锂机理 石墨导电性好,结晶程度高,具有良好的层状结构,十分适合锂离子的反复嵌入-脱嵌,是目前应用最广泛、技术最成熟的负极材料。锂离子嵌入石墨层间后,形成嵌锂化合LixC6(0≤x≤1),理论容量可达372mAh/g(x=1),反应式为:xLi++6C+xe-→LixC6 锂离子嵌入使石墨层与层之间的堆积方式由ABAB变为AAAA,如下图所示。

●石墨的改性处理 由于石墨层间距(d002≤0.34nm)小于石墨嵌锂化合物LixC6的晶面层间距(0.37nm),致使在充放电过程中,石墨层间距改变,易造成石墨层剥落、粉化,还会发生锂离子与有机溶剂分子共同嵌入石墨层及有机溶剂分解,进而影响电池循环性能。 通过石墨改性,如在石墨表面氧化、包覆聚合物热解炭,形成具有核-壳结构的复合石墨,可以改善石墨的充放电性能,提高比容量。 ●其它负极材料 石墨是目前主流的商业化锂电负极材料,但由于石墨本身结构特性的制约,石墨负极材料的发展也遇到了瓶颈,比如比容量已经到达极限、不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力等。因此业界也开始把目光投向非石墨类材料,比如硬碳和其它非碳材料(氧化锡、硅碳合金、钛酸锂等)。 江苏凤谷节能科技有限公司专注于节能环保产品设计研发,主要从事高效燃烧器及控制系统的研发与应用,可提供设计、制造、成套配套、安装调试、人员培训等总承包服务的专业公司;凤谷节能科技在喷嘴的设计研发和产品开发方面拥有丰富的经验。 凤谷节能科技通过并购无锡市大禾机械有限公司进入到化工行业的细分领域,主要产品包括机械消泡器、清釜机、汽水混合器等化工设备及配件。

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点 一、石墨定义: 1、石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。 2、由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。 二、石墨的特殊性质: 1、导电性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。 2、导热性:导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。 3、耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。 4、润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。由于其润滑性,在超细研磨里难度很高,使用叁星飞荣立式砂磨机可以研磨到纳米级别细度。 5、化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 6、可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。 7、抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。 .

三、石墨的中国产地: 1、我国以鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大的产地。以及省的七台河市、鹤岗市和双鸭山市等。 2、省莱西市为我国石墨重要产地之一。 3、省磐石市也是石墨产地之一。 4、乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿。 5、省煤田地质局一九四队在洋县发现3条石墨矿带。 四、石墨世界著名产地: 1、纽约Ticonderoga。 2、马达加斯加。 3、斯里兰卡(Ceylon)。 五、石墨分类: 1、天然石墨:石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物,具有不同的工业价值和用途。 2、人造石墨:广义上,一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨,如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料,如石墨电极、等静压石墨等。 人造石墨就成型方式通常可分为:振动成型,挤压成型,模压成型,等静压成型。 3、块状石墨:块状石墨又叫致密结晶状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直 .

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展 摘要:随着时代的进步,能源与人类社会的生存和发展密切相关,持续发展是全人类的、共同愿望与奋斗目标。矿物能源会很快枯竭,解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染是对国家经济和安全的挑战也是对科学技术界地挑战。电池行业作为新能源领域的重要组成部分,已经成为全球经济发展的一个新热点本文阐述了锂离子负极材料的基本特性,综述了碳类材料、硅类材料以及这两种材料形成的复合材料作为锂离子电池负极材料的研究及开发应用现状。 关键词:锂离子电池负极材料碳/硅复合材料 引言:电极是电池的核心,由活性物质和导电骨架组成正负极活性物质是产生电能的源泉,是决定电池基本特性的重要组成部分。本文就锂离子电池的负极材料进行研究。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池。它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点,而且污染小,符合环保要求。随着技术的进步,锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天、生物医学工程等领域,因此,研究与开发动力用锂离子电池及其相关材料有重大意义。对于动力用锂离子电池而言,关键是提高功率密度和能量密度,而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料,特别是负极材料的改善。 1、锂离子负极材料的基本特性 锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池负极材料应具备以下几个条件: (1) 应为层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌且在锂离子嵌入和脱出时无结构上的变化,以使电极具有良好的充放电可逆性和循环寿命; (2) 锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出,以使电极具有较高的可逆容量。在锂离子的脱嵌过程中,电池有较平稳的充放电电压; (3) 首次不可逆放电比容量较小; (4) 安全性能好; (5) 与电解质溶剂相容性好; (6) 资源丰富、价格低廉; (7) 安全、不会污染环境。 现有的负极材料很难同时满足上述要求。因此,研究和开发新的电化学性能更好的负极材料成为锂离子电池研究领域的热门课题。 2、选材要求 一般来说,锂离子电池负极材料的选择主要要遵循以下原则:1、插锂时的氧化还原电位应尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高;2、锂能够尽可能多地在主体材料中可逆的脱嵌,比容量值大;3、在锂的脱嵌过程中,主体结构没有或很少发生变化,以确保好的循环性能;4、氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能的少,这样电池的电压不会发生显著变化,可以保持较平稳的充放电:5、插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率,这样可以减少极化并能进行大电池充放电;6、具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面膜;7、锂离子在主体材料有较大的扩散系数,便于快速的充放电;8、价格便宜,资源丰富对环境无污染 3、负极材料的主要类型用作锂离子电池负极材料的种类繁多,根据主体相

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点 一、石墨定义: 1、石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。 2、由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。 二、石墨的特殊性质: 1、导电性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。 2、导热性:导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。 3、耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。 4、润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。由于其润滑性,在超细研磨里难度很高,使用叁星飞荣立式砂磨机可以研磨到纳米级别细度。 5、化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 6、可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。

7、抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。 三、石墨的中国产地: 1、我国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大的产地。以及黑龙江省的七台河市、鹤岗市和双鸭山市等。 2、山东省莱西市为我国石墨重要产地之一。 3、吉林省磐石市也是石墨产地之一。 4、内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿。 5、陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿带。 四、石墨世界著名产地: 1、纽约Ticonderoga。 2、马达加斯加。 3、斯里兰卡(Ceylon)。 五、石墨分类: 1、天然石墨:石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物,具有不同的工业价值和用途。

锂离子电池碳负极材料研究进展

锂离子电池碳负极材料的研究进展 赵永胜 (河北工业大学化工学院应用化学系,天津 300130) 摘要综述了锂离子电池碳负极材料中石墨化碳、无定形碳和碳纳米材料近几年的研究成果及发展方向,探讨了该类材料目前存在的问题及解决办法,对该类材料的发展趋势进行了展望。 关键词锂离子电池负极材料碳材料 Research progress of carbon anode materials for lithium ion batteries Zhao Yongsheng (Department of Applied Chemistry,School of Chemical Engineering and Technology,Hebei University of Technology,Tianjin 300130)Abstract:The research achievements on three main aspects in the field of lithium ion battery carbon anode materials in recent years. Graphitized carbon,amorphous carbon,carbon nano-materials are summarized. The problems in these materials and the feasible methods to solve the problems are discussed. Finally, the developing trend of lithium ion battery carbon anode materials is prospected. Keywords:Lithium ion batteries;anode materials;carbon materials 自1991年日本索尼公司开发成功以碳材料为负极的锂离子电池(LixC6/LiX In PC-EC(1:1)/Li1-x CoO2)以来(LiX为锂盐),锂离子电池已迅速向产业化发展,并在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上大量应用[1]。自锂离子电池的商品化以来,研究的负极材料有以下几种:石墨化碳材料、无定向碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金[2]。本文着重对锂离子电池碳负极材料方面的研究进展进行评述。 1.碳基负极材料的分类 炭素材料的种类繁多,其结晶形式有金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管等,

石墨负极材料项目可行性报告

石墨负极材料项目可行性报告 规划设计/投资分析/产业运营

石墨负极材料项目可行性报告 负极是锂电池的主要组成部分,它是由负极活性物质、粘合剂和添加 剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压而成。我们所谈的负 极材料主要指的是负极活性物质。负极可分为碳材料和非碳材料两大类, 碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球和硬碳软碳等,非碳材料 包括硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。 该石墨负极材料项目计划总投资15248.38万元,其中:固定资产投资12738.50万元,占项目总投资的83.54%;流动资金2509.88万元,占项目 总投资的16.46%。 达产年营业收入19120.00万元,总成本费用15233.02万元,税金及 附加273.93万元,利润总额3886.98万元,利税总额4697.05万元,税后 净利润2915.24万元,达产年纳税总额1781.82万元;达产年投资利润率25.49%,投资利税率30.80%,投资回报率19.12%,全部投资回收期6.73年,提供就业职位413个。 坚持“实事求是”原则。项目承办单位的管理决策层要以求实、科学 的态度,严格按国家《建设项目经济评价方法与参数》(第三版)的要求,在全面完成调查研究基础上,进行细致的论证和比较,做到技术先进、可

靠、经济合理,为投资决策提供可靠的依据,同时,以客观公正立场、科学严谨的态度对项目的经济效益做出科学的评价。 ......

石墨负极材料项目可行性报告目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案

全面解读锂离子电池石墨负极材料

全面解读锂离子电池石墨负极材料 锂离子电池,又称为摇椅电池,他的主要组成部分是正极、负极、隔膜及电解液。当前锂离子动力电池正极一般采用尖晶石型LiMn2O4或镍基层状氧化物,负极以石墨为主,电解液为含LiPF6 的碳酸酯(EC,EMC)有机溶液。LiMn2O4是一种被认为最安全的材料,也是最廉价的正极材料,已经被多种型号的动力电池采用。Li(NiCo)O2 容量高,但安全性能较差,需通过掺杂改性并限制其使用电压等手段来改善其安全性能;从整车安全和电池成本考虑,磷酸铁锂LiFePO4 安全性好、寿命长是最适合在汽车动力电池上应用的锂离子电池正极材料。 锂离子电池能量密度在很大程度上取决于负极材料,从锂离子电池实现商业化到现在,所用的负极材料最成熟,应用最广的是碳材料,其中最主要的依然是石墨。石墨具有六元环碳网层状结构,碳碳之间是SP2 杂化的,层层之间是分子作用力连接。石墨中存在两种不同的晶体结构:六面体石墨(2H)和菱面体石墨(3R)。2H相具有ABABA特征堆积,3R 相的堆积结构则是ABCABC。两种相可以相互转变,2H相是热力学稳定,在石墨中较多,约占总体的五分之四在锂离子电池负极材料中,天然石墨和人造石墨一直是使用最大的负极材料,但是人造石墨由于在生产过程中需要高温处理,使其生产成本大幅提高并对环境产生不利影响,相对于人造石墨而言,天然石墨有很多优点,它的成本低、结晶程度高,提纯、粉碎、分级技术成熟,充放电电压平台低,理论比容量高等,这些为其在锂离子电池行业的应用奠定了良好的基础。 天然石墨分无定形石墨(土状石墨或微晶石墨)和鳞片石墨两种。理论容量为372 mAh/g。无定形石墨纯度低,石墨晶面间距(d002)为0.336 nm。主要为2H晶面排序结构,即石墨层按ABAB顺序排,单个微晶之间的取向呈现各项异性,但经过加工,微晶颗粒相互之间有一定的交互作用,形成块状或颗粒状的粒子时具有各向同性性质。且形成的块状颗粒容易粉碎成形状较好的颗粒。 在锂离子嵌入脱嵌过程中体积变化小,结构相对稳定,但是可逆比容量仅260 mAh/g,不可逆比容量在100 mAh/g 以上。鳞片石墨的结晶度高,片层结构单元化大,具有明显的

锂离子电池的组成部分之负极(非常详细)

锂离子电池的组成部分之负极(非常详细) 2、负极(1) 此主题相关图片如下: 2、负极(2) 在负极材料部分,锂电池的负极材料主要是: A、石墨系碳(graphite) a、天然石墨 b、人工石墨 c、类石墨(如 MCMB , Meso Carbon Micro Beads) B、非石墨碳材(如焦碳系,coke) 由于石墨系的重量能量密度较高且材料本身的结构具有较高的规则性,所以第一次放电的不可逆电容量会较低,另外石墨系负极材料具有平稳工作电压作用,对电子产品的使用和充电器的设计较具优势。而另一种类的焦炭系与碳黑系﹝carbon black﹞的负极材料在第一次充放电反应的不可逆电容量很高,但是此材料可以在较高的C- rate下作充放电,另外此材料的放电曲线较斜,有利于使用电压来监控电池容量的消耗。 负极(3) 石墨为层状结构,由碳网平面沿C轴堆积而成,层间距为3.36A。平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸,碳层间以弱的范德华力结合,锂嵌在碳层之间 石墨的实际比容量为320—340mAh/g。平均嵌锂电位约为0.1V(VS Li+/Li),第一周充放电效率约为8 2—84%,循环性能好,且价格低廉(<10元/Kg)。 A、石墨类的制备 ①中间相碳微球(Mesophase Carbon Micro Beads, MCMB)是用煤焦油沥青、石油重质油等在350—5

00℃温度下加热并经分离、洗涤、干燥和分级等过程制得的平均粒径6-10微米的碳微球,然后于28000C 下进行石墨化热处理制得的碳材料。其外形呈球形,晶体结构同石墨基本一致。 MCMB的实际比容量约为310—330mAh/g,平均嵌锂电位约为0.15V(VS Li+/Li),第一周充放电效率约为88%—90%,循环性及大电流性能好,是目前为止最为理想的负极材料,但价格昂贵(约300元/Kg) 负极(4) A、石墨类的制备 ②气相成长碳纤(Vapor-Grown Carbon Fiber, VGCF) 以碳氢化合物经化学蒸镀(CVD)反应,再用不同温度经热处理而成 负极(5) B、非石墨类的制备 ①可石墨化碳类 ---- 软碳主要为焦碳﹝Coke﹞类,可由沥青或煤渣而来 2、负极(6) B、非石墨类的制备 ②不可石墨化类 ---- 硬碳(最具发展潜力) 硬碳不易石墨化。是一种与石墨不同的近似非晶结构的碳材料,晶体尺寸较小,通常在几个纳米以下,呈无规则排列,有细微空隙存在,是利用高分子先驱物(polymer precursor),在不同温度下经热解所形成的无次序碳材而得到。其主要特点:嵌锂容量高,一般可达600mAh/g以上。问题: A、第一周充放电效率低,一般不超过60% B、循环性能差 此主题相关图片如下: 负极(7)-锡基金属间化合物及复合物、锡基复合氧化物 Sn与Li能可逆地形成组成为Li4.4Sn的合金,七十年代开始就引起了人们的广泛关注。由于Sn贮锂—脱锂过程体积膨胀超过200%,极易引起电极粉化,导致循环性能迅速衰减。如何稳定材料结构,防止电极 粉化是一直以来研究的重点。 近年来,人们发现将Sn均匀的分布在对锂惰性的金属或化合物、复合物中,可较好地缓冲电极的膨胀, 抑制电极粉化问题,从而获得比较好的循环性能。

锂电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料研究进展介绍 来源:中国燃料电池网时间:2015-09-08 09:11 编辑:周奕 我国能源生产量和消费量均已居世界前列,但在能源供给和利用形式上存在着一系列突出问题,如能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低、能源利用安全水平有待进一步提高。总体上讲,我国能源工业大而不强,与发达国家相比,在技术创新能力方面还存在较大差距。因此,提高能源利用效率,调整能源结构,开发和利用可再生能源将是我国能源发展的必然选择。为了解决我国能源工业所面临的难题,寻求替代传统化石燃料的可再生绿色能源显得尤为迫切。与此同时,随着人们环保意识的日益增强和对资源利用率的关注,可充电电池逐渐成为研究的焦点,而锂原电池的成功应用大大推动了锂离子电池的研究和发展,使锂离子电池成为关注的重点。 1锂离子电池发展状况 锂电池最早出现于1958年,20世纪70年代开始进入实用化[2]。由于具有重量轻、体积小、安全性好、工作电压高、能量密度高、使用寿命长等优点成为近年来最受关注的储能器件之一。随着世界全面步入信息时代,电子化和信息化己经成为各个领域的共同发展趋势,锂离子电池也被越来越多地应用于多个方面。医疗上,锂离子电池可以为心脏起搏器、助听器等设备供能,对于病人更安全、更便捷;交通上,锂离子电池己经被广泛应用于电动单车、电动汽车上;军事上,锂离子电池可为电磁武器充能,为小型定位系统供能,甚至作为潜艇等大型作战设备的备用动力源;航天上,锂离子电池可作为航天器及各种仪器设备的电力补充单元。 电池按工作性质可以分为一次电池和二次电池[3]。一次电池是指不可循环使用的电池,如碱锰电池、锌锰电池等。二次电池指可以多次充放电、循环使用的电池,如先

动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展

动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展 2010-11-10 14:45:06 中国石墨碳素网 文/苗艳丽杨红强岳敏 天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司 随着汽车行业的发展,石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注,空气污染和室温效应也成为全球性的问题。为解决能源问题、实现低碳经济,基于目前能源技术的发展水平,电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向,美国、日本、德国、中国等国家相继限制燃油车使用,大力发展电动车。作为电动汽车的核心部件——动力电池也迎来了大好的发展机遇。动力电池是指应用于电动车的电池,包括锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等,其中,锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性,成为目前各国发展的重点。 国外政府及企业在动力锂离子电池研发上均做出了很大的努力。我国的锂离子电池产业起步虽较晚,但发展速度非常快,同时,政府给予了大力的支持。“十一五”期间,“863”电动汽车重大专项对混合动力(HEV)、外接充电式混合动力(PHEV)用锂离子电池关键材料和电池进行了专门的研究。 与锂离子电池其他部件相比,锂离子电池负极材料的发展较为成熟。在商业应用中,石墨类碳材料技术较为成熟,市场价格也比较稳定,但随着锂离子动力电池对能量密度、功率密度、安全等性能的要求不断提升,硬碳、钛酸锂(Li4Ti5O12)、合金等其他材料也相继成为研究热门。 一、动力锂离子电池负极材料简介 1.动力锂离子电池负极材料特性 锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜和其他附属材料组成。锂离子电池负极材料要求具备以下的特点:①尽可能低的电极电位;②离子在负极固态结构中有较高的扩散率;③高度的脱嵌可逆性;④良好的电导率及热力学稳定性;⑤安全性能好;⑥与电解质溶剂相容性好;⑦资源丰富、价格低廉;⑧安全、无污染。 2.动力锂离子电池负极材料主要类型 早期人们曾用金属锂作为负极材料,但由于存在安全问题没有大规模商业应用。目前,对锂离子电池负极材料的研究较多有:碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂、过渡金属氧化物等。本文将主要介绍3类负极材料:碳材料、合金材料(锡(Sn)、硅(Si)等)和钛酸锂。 (1)碳材料 碳材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池生产的负极材料,至今仍然为大家关注和研究的重点。碳材料根据其结构特性可分成3类:石墨、易石墨化碳及难石墨化碳(也就是通常所说的软碳和硬碳)。软碳主要有中间相炭微球、石油焦、针状焦、碳纤维等;硬碳主要有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇PFA-C 等),有机聚合物热解碳(包括聚乙烯醇基、聚氯乙烯基、聚丙烯腈基等)以及碳黑等。由于软碳与石墨的结晶性比较类似,一般认为它比硬碳更容易插入锂,即更容易充电,安全性也更好些。 石墨类碳材料技术比较成熟,在安全和循环寿命方面性能突出,并且廉价、无毒,是较为常见的负极材料。常规锂离子电池负极材料包括天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球和石油焦类人造石墨。天然石墨和天然石墨改性材料价格比较低,但是在充放电效率和使用寿命方面有待进一步提高。中间相炭微球结构特殊,呈球形片层结构且表面光滑,直径在5~40μm之间,该材料独特的形貌使其在比容电量(可达到330mAh/g以上)、安全性、放电效率、循环寿命(循环次数达到2000次以上)等方面具有显著优势,但是成本有待降低。石油焦类的产品在放电效率和循环寿命方面比较突出,但存在着高成本和制备工艺复杂的问题。 近年来,随着研究工作的不断深入,研究者发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整,或使石墨部分无序化,或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构,有利于锂在其中的嵌入-脱

锂离子电池负极材料发展历程

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正极材料、使用非水电解质溶液的电池。优点:绿色环保,不论生产、使用和报废,不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。 电池原理: 组成材料主要包括:负极材料、正极材料和隔膜。 在充放电过程中,锂离子在正负极之间来回运动。充电时,锂离子从正极脱出,经过隔膜嵌入到负极中。放电时,锂离子再从负极中脱出,重新回到正极。由此可以看出锂电池的正、负极材料都要有良好的嵌入、脱出锂离子的能力。一般来说,锂离子电池的总比容量是由正极材料的比容量、负极材料的比容量及电池的其它组分决定的,因此,我们迫切需要提高正负极材料的比容量。 负极材料: 碳材料:商业化锂电池负极材料一般为碳作为基质的材料,包括石墨、中间相碳微球、碳纳米管等。虽然碳材料作为锂离子电池负极具有较好的循环性能,但已基本达到其理论极限容量(石墨理论比容量为372mAh/g),限制了电池的性能。另外实际应用中也暴露出碳负极存在许多缺陷:在快速充电或低温充电易发生“析锂”现象引发安全隐患;有机电解液中会形成钝化层,引起初始容量损失;这些因素直接制约了锂离子电池的进一步发展。因此,高能动力型锂离子电池的发展需要寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极来取代碳负极材料。 其中锡基负极材料具有质量与体积比能量高,价格便宜,无毒副作用,加工合成相对容易等优点,因此一经提出就受到研究者的广泛关注。 研究表明,当负极材料的比容量在1000~1200 mAh/g时可以显著提高锂离子电池的总比容量。在各种非碳负极材料中,硅的理论比容量为4200mAh/g,具有明显的优势,因此吸引了越来越多研究者的目光。 硅-非金属体系:在此复合体系中,硅颗粒作为活性物质,提供储锂容量;非金属相作为分散基体,缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化,保持电极结构的稳定性,并维持电极内部电接触。目前主要有硅-碳复合体系、硅-玻璃/陶瓷体系、硅的氧化物、金属氮化物等体系。其中,碳类负极材料具有良好的导电性,在充放电过程中体积变化很小,循环稳定性能好。与硅结合可以很好的改善硅的体积膨胀,提高其电化学稳定性。因此,硅-碳复合材料成为当前负极材料的研究的热点。

四种锂电池负极材料的PK

四种锂电池负极材料的PK 作者:中国储能网新闻中心来源:电池中国网发布时间:2016-8-8 18:46:00 中国储能网讯:负极材料作为锂电池四大组成材料之一,在提高电池 的容量以及循环性能方面起到了重要作用,处于锂电池产业中游的核心环节。调研显示,2015年中国负极材料产量7.28万吨,同比增长42.7%,国内产值为38.8亿元,同比增长35.2%。这标志着锂电池负极材料市场 迎来了发展的春天。 负极材料分类众多,其中石墨类碳材料一直处于负极材料的主流地位。编辑总结发现,近日受到追捧的石墨烯概念、业内使用较为普遍的人工石墨、性能稳定的中间相碳微球以及有“新大陆”之称的硅碳复合材料,在 负极材料领域形成了“四方争霸”的局面。下面就让编辑带大家了解一下 这“四方霸主”的厉害吧。 独占一方的石墨烯 石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,因为质地薄、硬度大且电子移动速度快而被科学家广泛推崇,并冠以“新材料之王”的

美誉。尽管这位“王者”优异的化学性能被新能源市场所看好,但是至今 为止依然停留在“概念化”的阶段。 如果将石墨烯用作锂电负极材料的话,需要独立的上下游产业链、昂 贵的价格还有复杂的工艺,这让众多负极材料厂商望而却步。尽管如此, 国内依然有一些企业砥砺前行,目前中国安宝、大富科技以及贝特瑞等知 名企业已经开始布局石墨烯产业。 但是,行业内关于石墨烯用作负极材料的质疑也在不断发酵,有人认 为石墨烯的振实和压实密度都非常低,又加之成本昂贵,作为电池负极材 料前景十分渺茫。但是鉴于它的热潮还在持续,说它是“一方霸主”也不 为过。 控制“主场”的人工石墨 目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主,这两种石墨各有优劣。湖州创亚总经理胡博表示:“天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜,但吸液及循环性能差一些;人造石墨工艺复杂些、价格贵些,但循环及安 全性能较好。通过各种手段的技术改进,这两种石墨负极材料都可以‘扬 长避短’,但就目前来看,人造石墨用于动力电池上占据一定的优势”。 而这一说法也在市场中得到了印证。相关媒体调研数据显示,今年第 一季度中国天然石墨产量4770吨,同比增长16.3%;人造石墨出货15160吨,同比增长110.5%。从以上数据来看,人造石墨出货量远高于天然石墨,而造成这一现象的重要原因,是今年以来市场对动力电池的强 劲需求。 性能稳定的中间相碳微球 中间相碳微球具有高度有序的层面堆积结构,是典型的软碳,石墨化 程度较高,结构稳定,电化学性能优异。据中咨网研究部统计数据显示,2012年中国负极材料出货量为27650吨,其中天然石墨出货量占比59%,人造石墨30%,石墨化中间碳微球8%。就此说来,中间相碳微球是仅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳类负极材料。

石墨负极材料

1.负极材料企业 杉杉、BTR、长沙海容(摩根)、汕头诚翔、湖南辉宇、青岛大华、远东、弘光、红顶、金卡本、瑞富特、华容、斯诺、湖南星光、余姚宏远、北京创亚、佛山三高、大阪石墨、长沙星城、金润、江苏镇江华邦能源材料有限公司 目前在国内,负极材料领先企业主要包括深圳贝特瑞、上海杉杉和长沙海容。 而在全球范围内,负极材料的市场份额主要集中在日本日立、日本精工碳素、JFE日本钢铁、三菱、中国贝特瑞、杉杉股份6大厂家2.碳负极材料分类 锂电池中具实用价值和应用前景的碳主要有三种:(1)高度石墨化的碳;(2)软碳和硬碳;(3)碳纳米材料。 2.1石墨类碳负极材料(动力电池负极普遍用该种材料)

人造石墨(主流产品)是将易石墨化炭(如沥青焦炭)在N2气氛中于1900~2800℃经高温石墨化处理制得。常见人造石墨有中间相碳微球(MCMB)、石墨化碳纤维。MCMB的优点是可逆容量高、可大倍率充放电,应用方向为动力电池和倍率电池。缺点:价格略高、容量略低,在高容量和超高容量型产品中处于劣势(经常进行掺杂等改性手段制成高端产品)。 天然石墨一般都以天然石墨矿石出现。在锂电应用中需要提纯为含碳在91~99%的高碳石墨,多以常用化学方法提纯。天然石墨由于表面有较高的活性点,比表面高,不能直接用作负极材料,需要做表面改性处理。优点:嵌锂电化学容量高;放电电压平台平稳;来源广泛,加工工艺成熟,制造成本低;加工性能优秀。缺点:与电解液相容性差,电解液分解,SEI膜不稳定;溶剂共嵌入,石墨层剥离,循环稳定性差,衰减快,电池鼓胀;辊压造成各粒子晶体c轴平行且垂直板面,空隙小,大倍率充放电效率低。 3.碳负极材工艺流程

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点 一、石墨定义: 1、石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。 2、由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。 二、石墨的特殊性质: 1、导电性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。 2、导热性:导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。 3、耐高温性:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。 4、润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。由于其润滑性,在超细研磨里难度很高,使用叁星飞荣立式砂磨机可以研磨到纳米级别细度。

5、化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 6、可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。 7、抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。 三、石墨的中国产地: 1、我国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大的产地。以及黑龙江省的七台河市、鹤岗市和双鸭山市等。 2、山东省莱西市为我国石墨重要产地之一。 3、吉林省磐石市也是石墨产地之一。 4、内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿。 5、陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿带。 四、石墨世界着名产地: 1、纽约Ticonderoga。 2、马达加斯加。 3、斯里兰卡(Ceylon)。 五、石墨分类: 1、天然石墨:石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物,具有不同的工业价值和用途。 2、人造石墨:广义上,一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨,如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘

锂离子电池负极材料介绍及合成方法

锂离子电池负极材料介绍及合成方法 目前,锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料,如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金,以及纳米负极材料等。作为锂离子电池负极材料要求具有以下性能:(1)锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高; (2)在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度,即可逆的x值尽可能大; (3)在插入/脱插过程中,锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样尽可能大; (4)氧化还原电位随x的变化应该尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持较平稳的充电和放电; (5)插入化合物应有较好的电导率和离子电导率,这样可减少极化并能进行大电流充放电; (6)主体材料具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的SEI 膜; (7)插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性,在形成SEI 膜后不与电解质等发生反应; (8)锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; (9)从实用角度而言,主体材料应该便宜,对环境无污染。 一、碳负极材料 碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能,并且碳材料价廉、无毒,目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入,已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整,或使石墨部分无序化,或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构,锂在其中的嵌入-脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行,而且还可以有非化学计量嵌入-脱嵌,其比容量大大增加,由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g~1000mAh/g,因此而使锂离子电池的比能量大大增加。 目前,已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球(MCMB)、炭黑、玻璃炭等,其中石墨和石油焦最有应用价值。 石墨类碳材料的插锂特性是:(1)插锂电位低且平坦,可为锂离子电池提供高的、平稳的工作电压。大部分插锂容量分布在0.00~0.20V之间(vs. Li+/Li);(2)插锂容量高,LiC 6 的理论容量为372mAh.g-1;(3)与有机溶剂相容能力差,易发生溶剂共插入,降低插锂性能。 石油焦类碳材料的插、脱锂的特性是:(1)起始插锂过程没有明显的电位平 台出现;(2)插层化合物Li x C 6 的组成中,x=0.5左右,插锂容量与热处理温度 和表面状态有关;(3)与溶剂相容性、循环性能好。 根据石墨化程度,一般碳负极材料分成石墨、软碳、硬碳。 1、石墨 石墨材料导电性好,结晶度较高具有良好的层状结构,适合锂的嵌入-脱嵌,形成锂-石墨层间化合物,充放电容量可达300mAh.g-1以上,充放电效率在90%

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展 摘要:锂离子电池作为一种电源应用很广泛,但是在应用中存在一些不足,选取电化学性能良好的正负极材料是提高和改善锂离子电池电化学性能最重要的因素。简单介绍锂离子电池的电化学反应原理和从新型碳材料、硅基负极材料、锡基负极材料三方面锂离子电池的研究状况,并展望了锂离子电池负极材料的发展趋势。 关键词:锂离子电池;负极材料;研究现状 0 引言 目前全球最具潜力的可充电电池是锂离子电池。用碳负极材料的商品化的锂离子电池可逆比容量已达350 mA?h/g,快接近理论比容量372mA?h/g[1]。随着全球化的加快,科技日新月异,电子产品日益普及,发展中的电动汽车等对电池能源提出了更高的要求,其中主要包括能量密度、使用寿命等[2]。开发新型、廉价的负极材料是锂离子电池研究的热点课题之一。就目前而言,主要有新型碳材料、锡基材料、硅基材料等,本文研究了这些新型负极材料的研究现状及未来的发展方向。 1锂离子电池的电化学反应原理 锂离子电池是指用锂离子嵌入化合物作为正负极的二次电池.锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径,目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物,如LixCoO2,LixNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等,这些正极材料的插锂电位都可以达到 4 V以上(vs.Li+/Li)[3].负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6,其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等的有机溶液。 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池,正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,此时负极处于富锂态,正极处于贫锂态;放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态,负极处于贫锂态.锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关[3]。 2新型碳材料 在新型碳负极方面,未来的发展将主要集中在高功率石墨类负极及非石墨类高容量碳负极,以满足未来动力和高能电池的需求。新型碳材料:如碳纳米管(CNT)

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