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埃尔派知识课堂:一文了解天然石墨负极材料的制备工艺

2021-02-26
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作者:埃尔派
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负极活性物质、粘合剂和添加剂混合成糊状,均匀涂抹在铜箔两侧后经干燥、滚压制成负极材料。石墨类导电性、结晶度高,良好的层状结构和充放电电压十分适合正极材料的脱/嵌运动,因具备工艺成熟、成本较低等优点成为理想的负极材料。...

负极活性物质、粘合剂和添加剂混合成糊状,均匀涂抹在铜箔两侧后经干燥、滚压制成负极材料。石墨类导电性、结晶度高,良好的层状结构和充放电电压十分适合正极材料的脱/嵌运动,因具备工艺成熟、成本较低等优点成为理想的负极材料。

天然石墨负极材料采用天然鳞片晶质石墨,经过粉碎、球化、分级、纯化、表面等工序处理制成。

掺杂改性

添加合适的元素到石墨体系中以改变碳原子的电子环境,使碳材料的嵌锂行为发生明显变化。掺杂的方法通常有两种,一种是把非碳元素化合物浸渍或混入碳材料中经过热处理制备掺杂碳,另一种方法是采用化学气相沉积将掺杂的非碳元素气相热解沉积在石墨体系当中。

表面氟化

表面氟化处理是通过化学手段对石墨材料进行表面卤化,氟化处理后的天然石墨表面会形成C-F结构,能够加强石墨的结构稳定性,以防在循环的过程中石墨片层脱落。同时,天然石墨表面氟化还可减小Li+扩散过程中的阻力,提高比容量,改善其充放电性能。

表面氧化

表面氧化是利用强氧化剂将负极表面的烷基转化为酸性基团,氧化剂主要分为两气相氧化和液相氧化。对石墨材料进行氧化可以使部分石墨层剥离,形成部分类石墨烯材料,大大改善石墨负极材料的可逆容量。还可增强石墨负极材料的稳定性,有助于提高电池的首次库伦效率。

表面包覆

表面包覆的主要作用是覆盖天然石墨表面的活性位点,以减少不可逆副反应的发生,缩小天然石墨的比表面积,抑制SEI膜生成,隔离石墨颗粒与电解液,防止溶剂共插入导致容量下降,从而对石墨的体积膨胀起到制约和缓冲的作用,增强循环的稳定性。

球形化处理

球形石墨的加工机理是先将天然鳞片石墨粉粉碎成合适的粒度,再去棱角化使之形成椭球形或类球形的外形,同时利用分级装置将球形颗粒与去棱角化过程中剥离的细粉进行分离,最终得到正态分布的球形石墨。

对于石墨类负极材料而言,元素掺杂可显著提高材料的可逆容量和能量密度,但缺乏适应大规模商业化生产需求的掺杂方法和工艺。表面包覆和化学修饰可在一定程度上改善材料的倍率特性与循环稳定性,但对材料能量密度的提升非常有限。将多种改性方法结合在一起以提高石墨作为锂离子电池负极材料的电化学性能和应用前景将成为未来的主要研究趋势。

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