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钜大锂电池 >> 常见问题 >> 锂离子电池负极材料的运作和发展

锂离子电池负极材料的运作和发展


发布时间:2011-12-11 7:44:38  来源:钜大电子锂电事业部 点击次数:

        锂离子电池的负极是将负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混和制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压而成。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、锡合金,以及纳米负极材料等。
        碳负极材料的发展;在锂电池中,以金属锂为负极时,电解液与锂反应,在金属锂表面形成锂膜,导致锂枝晶生长,易引起电池内部短路和电池爆炸。20世纪80年代,人们发现锂在碳材料中的嵌人反应的电位接近锂的电位,并不容易与有机溶剂反应,有很好的循环性能。使用碳材料作负极,充放电时,在固相内的锂发生嵌入—脱嵌反应。
        负极碳材料的热力学稳定状态为该碳材料处于放电状态。发现碳材料可以嵌入金属的研究始于1926年。当时,Fredeshagen和Cadengach合成了K,Rb,Cs等碱金属嵌入化合物(GICs)。20世纪50年代中期,Herold合成了I.i-GICs。70年代,Besenhard等研究了石墨在芳香族溶剂碱金属盐溶液中的还原性,发现金属锂可电化学嵌入到石墨中,在lAClO-/DME中的循环伏安曲线的可逆还原峰比金属锂的还原峰更负,石墨的还原伴随石墨结构的膨胀和宏观结构的解体。1989年,Kahno讨论了高聚物热分解产物及碳纤维的表面积与锂容量的关系。
        1991年,日本sony公司用聚糠醇树脂(PFA,PolyfarfuryAlcoh01)热解炭(硬碳)作负极制成了充电锂电池,该电池的开路电压和充放电曲线。在充放电过程中电压平台范围宽,锂嵌入天然石墨的氧化—还原电位接近金属锂,使电池具有高的比能量,天然石墨在PC,BC以及含PC或UC的混合溶剂中,由于在1,0V时产生气体,导致无法充电,但是在EC,EC/PC,EC/BC,EC/DEC溶剂的电解液体系中,石墨材料的充放电循环比较好。碳负极对锂离子电池的性能有重要影响,常用的正负极材料组合。从提高电池性能出发,选用的碳负极材料应符合以下要求;
        1、锂贮存量高;
        2、锂在碳中的嵌入一脱嵌反应快,即锂离子在固相内的扩散数大,在电极/电解液界面的移动阻抗小;
        3、锂离子在电极材料中的存在状态稳定;
        4、在电池的充放电循环中,碳负极材料体积变化小;
        5、电子导电性高;
        6、碳材料在电解溶液中不溶解。

 
 
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