锂离子电池负极材料基础知识
3锂离子电池负极材料与应用简介-20110312
人造石墨简介—石墨单颗粒的晶型特点
微米级的石墨单颗粒都具有一定程度的各向异性的特点。
作为锂离子二次电池负极材料，石墨单颗粒的各向异性特 征会在一定程度上引起电池制作过程中的下列特性 ①极片膨胀且易脱落 ②与电液相容性变差 ③循环变差 ④平台变低
改变石墨单颗粒的各向异性是人造研发根本。
高度各向异性负极材料单颗粒示意图
石墨电极的充放电曲线
一、负极概述—石墨负极材料充放电示意图
电解液
石墨单颗粒
Ｌi+
Ｌi+
Ｌi+ Ｌi+
Ｌi+ PC
Ｌi+
《1》一般石墨负极材料的层间距为3.356－3.366A左右。
PC
《2》锂离子与石墨发生插层反应（嵌入）石墨层间距要
扩张到3.70左右。
PC
《3》PC与石墨发生插层反应石墨层间距要扩张到7.98左
中间相石墨简介—中间相石墨应用
近年来，利用中间相炭微球负极材料所具有的高的倍率性能、长 循环寿命和高安全性能，中间相炭微球负极材料在动力电池上得到广 泛应用，同时也在一些高倍率航模、车模及圆柱电池中使用；
中间相石墨简介—中间相石墨改进方向
1、通过合成与热处理工艺改进，提高石墨化度； 实施效果----容量提高5%，压实提高10%左右；
一、负极概述—石墨的插锂特性
（１）插锂电位低且平坦，可为锂离子提供高的、平稳的工作电压，大部分插锂容 量分布在-0.20V～0V之间（vs.Li/Li+）；
（２）插锂容量高，LiC6的理论容量为372mAh/g； （３）与有机溶液相容能力差，易发生溶剂共插入现象，从而降低插锂性能。
锂的插入反应 一般是从菱形位置 （即端面，Z字型 面和扶椅型面）进 行，因为锂从完整 的墨片基面是无法 穿过的。但是如果 基面存在缺陷结构 诸如微孔等，也可 以经基面进行插锂。
锂离子电池每种材料的作用
锂离子电池每种材料的作用1.正极材料：正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，它能够嵌入或嵌出锂离子来完成正负极之间的电荷传递。
常用的正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)等。
正极材料的选择需要兼顾容量、循环寿命、价格等因素。
例如，钴酸锂具有高比容量和循环寿命，但成本较高，而锰酸锂具有较低的比能量但成本较低。
2.负极材料：负极材料也称为锂储存材料，常用的材料有石墨、石墨烯等。
负极材料通过嵌入和释放锂离子来实现电荷的储存和释放。
石墨具有较高的嵌锂能力和导电性能，能够很好地嵌锂离子，并且具有相对较低的成本。
3.电解质：电解质是将正负极进行隔离，同时允许锂离子在两者之间移动的关键部分。
在常见的锂离子电池中，常用的电解质有有机电解质和固体电解质两种。
有机电解质常用的是含有锂盐的有机溶液(如聚合物电解质)，这种电解质具有较高的离子导电性能。
而固体电解质是一种新型的电解质材料，具有良好的热稳定性和安全性。
4.隔膜：隔膜通常是由聚合物材料制成的薄膜，它的主要功能是将正负极隔离开，防止直接电子短路，并允许锂离子通过。
隔膜材料需要具有较高的离子传导性能和化学稳定性，以确保电池的安全性和稳定性。
5.导电剂：导电剂通常是用于增加电池正负极电导率的添加剂。
由于正负极材料通常是非金属材料，它们的电导率较低，因此需要添加导电剂来提高整个电池系统的导电性能。
导电剂通常是碳类材料，如天然石墨、碳黑等。
6.添加剂：添加剂是为了改善锂离子电池的性能而在正负极材料中加入的。
常见的添加剂有粘结剂、增容剂等。
粘结剂用于固定正负极材料的形状，增强电极和集流体之间的接触，提高电池的循环寿命。
增容剂主要用于提高正极材料的比容量和充放电速率。
在锂离子电池中，不同材料之间需要进行匹配，以确保电池的性能和循环寿命。
正负极材料的选择、电解质和隔膜的设计以及添加剂的使用，都对锂离子电池的容量、循环寿命、充放电速率、安全性等方面产生着重要的影响。
【干货】硅基锂离子电池负极材料
【干货】硅基锂离子电池负极材料3.其它硅基复合材料（1）硅化合物型复合材料在硅-化合物型复合物的研究上，作为基体的主要有TiB2、TiN、TiC、SiC、TiO2、Si3N等物质。
这类复合物常用的制备方法为高能球磨法，此类硅基材料循环稳定性比纯硅负极材料更好一些，但是由于基体不发生脱嵌锂反应，这类材料的可逆容量一般都很低。
（2）硅导电聚合物复合材料导电聚合物由于自身具有良好导电性好、柔性度好以及易于进行结构设计等优点，不仅可以缓冲硅基材料的体积效应，还能够保持活性物质与集流体良好的电接触。
常用的导电高分子主要有聚吡咯、聚苯胺等。
电极制备工艺的优化1.电极的处理除了上文中提到的通过制备不同形态结构的硅及硅基复合材料电极来提高硅基负极材料的稳定性和可逆容量外，研究者还通过对电极进行热处理达到同样的目的。
科学家用聚偏二氟乙烯作黏合剂，发现热处理能够使黏合剂更加均匀分布在电极中，并增强硅与集流体的之间的黏合力。
另外，以PVDF为黏结剂，将其与纳米硅以一定比例涂在铜电极上，在900℃下快速热处理20min可以直接得到碳包覆硅电极，库伦效率高，充放电容量大，循环性能好。
2.集流体的选择硅巨大的体积变化造成自身粉碎，会使得活性物质从集流体上脱落，因而造成较差的循环稳定性。
通过增强集流体和硅之间的作用力，保持其良好的电接触也是改性的方法之一。
表面粗糙的集流体与硅之间的作用更好，因此使用多孔金属集流体是一种提高硅基负极材料电化学性能的有效方法。
此外，制备薄膜状的硅及硅基复合材料可省去集流体，直接用于锂离子电池负极材料，从而避免了硅基材料因巨大体积效应从集流体脱落失去电接触的问题。
3.黏结剂的选择在制备一般的锂离子电池电极材料时，通常将活性物质、黏结剂及炭黑等导电剂按一定比例混合成浆料再涂于集流体上。
由于巨大的体积效应，传统的黏结剂PVDF并不能较好的适应硅电极。
因此，通过使用能够适应硅巨大体积效应的黏结剂可以有效的改善硅基材料电化学性能。
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。
锂离子电池的负极材料
锂离子电池的负极材料锂离子电池是一种高效、环保的电池，广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
其中，负极材料是锂离子电池的重要组成部分，直接影响着电池的性能和寿命。
本文将从负极材料的种类、特点、优缺点等方面进行介绍。
一、负极材料的种类常见的锂离子电池负极材料主要有石墨、硅、锡、碳纳米管等。
其中，石墨是最常用的负极材料，因其价格低廉、稳定性好、容易加工等优点而被广泛应用。
硅、锡等材料具有更高的理论比容量，但由于其体积膨胀率较大，容易导致电池失效。
碳纳米管则是一种新型的负极材料，具有优异的导电性和机械性能，但其制备成本较高，目前仍处于研究阶段。
二、负极材料的特点1. 石墨：石墨是一种具有层状结构的材料，其层间距离为0.34nm，可以嵌入锂离子形成石墨锂化合物。
石墨具有较高的导电性和稳定性，但其比容量较低，只有372mAh/g。
2. 硅：硅是一种具有较高理论比容量的材料，其理论比容量可达4200mAh/g。
但由于硅材料在充放电过程中会发生体积膨胀，导致电池失效。
因此，目前硅材料的应用仍处于研究阶段。
3. 锡：锡是一种具有较高理论比容量的材料，其理论比容量可达994mAh/g。
但由于锡材料在充放电过程中也会发生体积膨胀，导致电池失效。
因此，目前锡材料的应用仍处于研究阶段。
4. 碳纳米管：碳纳米管是一种具有优异导电性和机械性能的材料，其比容量可达1000mAh/g。
但由于碳纳米管的制备成本较高，目前仍处于研究阶段。
三、负极材料的优缺点1. 石墨：石墨具有价格低廉、稳定性好、容易加工等优点，但其比容量较低，只有372mAh/g。
2. 硅：硅具有较高的理论比容量，但由于其体积膨胀率较大，容易导致电池失效。
3. 锡：锡具有较高的理论比容量，但由于其体积膨胀率较大，容易导致电池失效。
4. 碳纳米管：碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，但其制备成本较高，目前仍处于研究阶段。
锂离子电池的负极材料是影响电池性能和寿命的重要因素。
锂离子电池合金负极材料
汇报人： 2023-12-02
目 录
• 引言 • 锂离子电池负极材料概述 • 合金负极材料制备方法 • 合金负极材料性能表征 • 合金负极材料改性研究 • 合金负极材料应用前景及挑战 • 研究结论与展望
01
引言
研究背景和意义
锂离子电池作为绿色能源，具有 高能量密度、长寿命等优势，广 泛应用于电动汽车、电子设备等
合金负极材料的制造成本较高，限制了其 在一些领域的应用。
07
研究结论与展望
研究结论
合金负极材料的研究取得了显 著的成果，证实了其作为锂离 子电池负极材料的潜力。
合金负极材料的研究揭示了其 优良的电化学性能和良好的应 用前景。
针对合金负极材料的制备和改 性方面的研究，为进一步优化 其性能提供了有效途径。
05
合金负极材料改性研 究
表面修饰
表面包覆
通过在合金表面包覆一层导电或 非导电材料，改善合金的电化学 性能和稳定性。
表面化学改性
通过化学反应改变合金表面的化 学组成，提高其电化学活性和稳 定性。
纳米结构优化
纳米颗粒
通过将合金纳米化为更小的颗粒，提高比表面积，增加电化 学活性，并提高锂离子扩散效率。
提高能量密度
合金负极材料具有较高的理论容量和较低的放电电压，能够显著提 高锂离子电池的能量密度。
延长电池寿命
合金负极材料具有较好的循环性能和较低的容量衰减速度，能够延 长锂离子电池的寿命。
拓宽应用范围
合金负极材料在高温、低温、大功率等特殊应用场景表现出优异的性 能，有望在电动汽车、航空航天、军事等领域得到广泛应用。
需要进一步探索合金负极材料的制备工 艺和成本控制方法，以提高其大规模生 产和应用的可行性。
锂电池生产配料基础知识大全
锂离子电池生产配料基础知识大全锂电池生产配料基础知识大全一、电极的组成：1、正极组成：a、钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提供锂源。
b、导电剂：提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性。
提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。
c、PVDF粘合剂：将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。
d、正极引线：由铝箔或铝带制成。
2、负极组成：a、石墨：负极活性物质，构成负极反应的主要物质；主要分为天然石墨和人造石墨两大类。
b、导电剂：提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。
提高反应深度及利用率。
防止枝晶的产生。
利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。
（可根据石墨粒度分布选择加或不加）。
c、添加剂：降低不可逆反应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。
d、水性粘合剂：将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。
e、负极引线：由铜箔或镍带制成。
二、配料目的：配料过程实际上是将浆料中的各种组成按标准比例混合在一起，调制成浆料，以利于均匀涂布，保证极片的一致性。
配料大致包括五个过程，即：原料的预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。
配（一）、正极配料原理1、原料的理化性能。
（1）钴酸锂：非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8 μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，PH值为10-11左右。
锰酸锂：非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为5-7 μm，含水量≤0.2%，通常为弱碱性，PH值为8左右。
（2）导电剂：非极性物质，葡萄链状物，含水量3-6%，吸油值~30 0，粒径一般为 2-5 μm；主要有普通碳黑、超导碳黑、石墨乳等，在大批量应用时一般选择超导碳黑和石墨乳复配；通常为中性。
（3） PVDF（聚偏二氟乙烯）粘合剂：非极性物质，链状物，分子量从300，000到3，000，000不等；吸水后分子量下降，粘性变差。
（4） NMP（N-甲基吡洛烷酮）：弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料。
锂离子电池负极材料介绍_LW
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9
负极材料概况
石墨层间化合物的储锂机理：
形成SEI造成的不可逆容量的损失
石墨首次充放电时都会产生因副反应带来不可逆容量损失 随着负极电位的降低，锂嵌入量的增加，由此逐渐生产4阶，3阶，稀释的2阶，
2阶，1阶等不同相的嵌锂化合物，分别在充放电曲线上的0.21V,0.12V,0.08V 出现电位平台，0.8V处的电位平台为电解液的不可逆分解反应，此处形成SEI 膜。 石墨大部分的可逆容量都在0.3-0.05V之间 SEI膜形成之后，对电子有绝缘作用，仅可以离子导电，阻止电解液的进一步 还原，第二周开始，充放电效率接近100%。
量比较大
电性能佳
具有良好的充放电平台，与
导电性能好，结晶度较高， 匹配正极材料的匹配性好，
具有良好的层状结构，较适 平均输出电压高，容量大于
/
合锂离子的脱嵌通道 300mAh/g以上，不可逆容量
低，首次效率高
2019/7/17
LWN confidential
6
负极材料概况
热处理温度：
软碳和硬碳的容量随着热处理温度有 不同的变化趋势：
Electrochemical Reaction
Cathode LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
Anode Cn + xLi+ +xe- → CnLix
Overall LiCoO2 + Cn → Li1-xCoO2 + CnLix 工作电位：4.5 ～ 3.0V
2019/7/17
A region：天然石墨与热处理温度＞ 2400℃的人造石墨，材料比容量为