锂离子电池负极材料 PPT
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锂离子电池基本结构ppt课件
170 mAh/g
120 mAh/g
电位平 台 3.7V
4V
4.2V
性价比 3 2 1
特点
性能稳定，高比容量，放电平 台平稳
高比容量，价格较低热稳定性 较差，
低成本，高温循环和存放性能 较差
10
1
LiCoO2正极材料
具有层状结构，理论容量274 mAh/g，实际容量140mAh/g 充放电过程中，层状结构易转化为尖晶石结构，高温循环性 能差。
负极 采用石墨层间化合物LiXC6； 隔膜 聚烯烃微孔膜(PE / PP)； 电解液 锂盐的有机溶液（LiPF6+PC /EC/DMC) 外壳五金件 铝/钢壳、盖板、极耳、绝缘片
3
锂离子电池结构示意图
4
1、锂离子电池结构——正极
（1）正极物质：活性物质、导电剂（碳黑）、黏结剂 组 （2）正极集流体：Al箔 成 （3）正极极耳：Al带
13
4
LiFePO4正极材料
具有橄榄石型结构，具有层状结构，理论容量274mAh/g， 实际容量170mAh/g，原料资源丰富，价格低廉，且无毒对 环境友好。
离子和电子电导率低，大电流放电性能不好。
解决途径：加入导电性物质、掺杂、包覆。
14
层状结构材料（ LiCoO2、 LiNiO2等）
15
尖晶石结构材料LiMn2O4
Li-ion Battery 第四章 锂离子电池基本结构
;.
1
一、锂离子电池的组成
正极
LiCoO2 、 LiNiO2 、 LiMn2O4 等
电池组成
负极
人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等
电解质
有机溶剂电解质（液态） 聚合物电解质（固态、凝胶）
120 mAh/g
电位平 台 3.7V
4V
4.2V
性价比 3 2 1
特点
性能稳定，高比容量，放电平 台平稳
高比容量，价格较低热稳定性 较差，
低成本，高温循环和存放性能 较差
10
1
LiCoO2正极材料
具有层状结构，理论容量274 mAh/g，实际容量140mAh/g 充放电过程中，层状结构易转化为尖晶石结构，高温循环性 能差。
负极 采用石墨层间化合物LiXC6； 隔膜 聚烯烃微孔膜(PE / PP)； 电解液 锂盐的有机溶液（LiPF6+PC /EC/DMC) 外壳五金件 铝/钢壳、盖板、极耳、绝缘片
3
锂离子电池结构示意图
4
1、锂离子电池结构——正极
（1）正极物质：活性物质、导电剂（碳黑）、黏结剂 组 （2）正极集流体：Al箔 成 （3）正极极耳：Al带
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4
LiFePO4正极材料
具有橄榄石型结构，具有层状结构，理论容量274mAh/g， 实际容量170mAh/g，原料资源丰富，价格低廉，且无毒对 环境友好。
离子和电子电导率低，大电流放电性能不好。
解决途径：加入导电性物质、掺杂、包覆。
14
层状结构材料（ LiCoO2、 LiNiO2等）
15
尖晶石结构材料LiMn2O4
Li-ion Battery 第四章 锂离子电池基本结构
;.
1
一、锂离子电池的组成
正极
LiCoO2 、 LiNiO2 、 LiMn2O4 等
电池组成
负极
人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等
电解质
有机溶剂电解质（液态） 聚合物电解质（固态、凝胶）
《锂电池原理》课件
详细描述
能量密度是指单位体积或质量的电池所能存储的能量，通常以Wh/kg或Wh/L表示。功率密度是指单位质量或体 积的电池在单位时间内所能释放的能量，通常以W/kg或W/L表示。高能量密度和功率密度是锂电池发展的主要 目标之一，以提高电池的性能和满足不同应用的需求。
04 锂电池的优缺点
优点
高能量密度
保持电池干燥
潮湿的环境可能影响电池的性能和安全性， 应保持干燥。
避免长时间不使用
长时间不使用的电池应定期充电，以保持其 性能。
使用专用的电池充电器
使用专用的电池充电器可以更好地保护电池 ，延长其使用寿命。
常见故障及处理方法
电池无法充电
可能是由于充电口接触 不良、电池老化等原因 ，需要检查充电口和更 换电池。
详细描述
在充电过程中，正极上的电子通过外部电路传递到负极，而正极上的锂离子通 过电解液传递到负极，并嵌入到负极的碳结构中。这个过程伴随着能量的释放 ，使得电池能够储存能量。
放电过程
总结词
放电过程中，负极上的电子通过外部电路传递到正极，同时负极上的锂离子通过 电解液传递到正极，并嵌入到正极的锂化合物中。
工作原理简介
充电过程
在充电过程中，锂离子从正极脱出，经过电解质后嵌入到负 极中，同时电子通过外部电路传递到负极，保持电荷平衡。
放电过程
放电时，锂离子从负极脱出，经过电解质后嵌入到正极中， 同时电子通过外部电路传递到正极，对外电路提供电力。
锂电池的应用领域
01
电子产品
手机、平板电脑、数码相机等便携式电子产品。
《锂电池原理》ppt 课件
目录
• 锂电池概述 • 锂电池的组成结构 • 锂电池的工作原理 • 锂电池的优缺点 • 锂电池的安全使用与维护
能量密度是指单位体积或质量的电池所能存储的能量，通常以Wh/kg或Wh/L表示。功率密度是指单位质量或体 积的电池在单位时间内所能释放的能量，通常以W/kg或W/L表示。高能量密度和功率密度是锂电池发展的主要 目标之一，以提高电池的性能和满足不同应用的需求。
04 锂电池的优缺点
优点
高能量密度
保持电池干燥
潮湿的环境可能影响电池的性能和安全性， 应保持干燥。
避免长时间不使用
长时间不使用的电池应定期充电，以保持其 性能。
使用专用的电池充电器
使用专用的电池充电器可以更好地保护电池 ，延长其使用寿命。
常见故障及处理方法
电池无法充电
可能是由于充电口接触 不良、电池老化等原因 ，需要检查充电口和更 换电池。
详细描述
在充电过程中，正极上的电子通过外部电路传递到负极，而正极上的锂离子通 过电解液传递到负极，并嵌入到负极的碳结构中。这个过程伴随着能量的释放 ，使得电池能够储存能量。
放电过程
总结词
放电过程中，负极上的电子通过外部电路传递到正极，同时负极上的锂离子通过 电解液传递到正极，并嵌入到正极的锂化合物中。
工作原理简介
充电过程
在充电过程中，锂离子从正极脱出，经过电解质后嵌入到负 极中，同时电子通过外部电路传递到负极，保持电荷平衡。
放电过程
放电时，锂离子从负极脱出，经过电解质后嵌入到正极中， 同时电子通过外部电路传递到正极，对外电路提供电力。
锂电池的应用领域
01
电子产品
手机、平板电脑、数码相机等便携式电子产品。
《锂电池原理》ppt 课件
目录
• 锂电池概述 • 锂电池的组成结构 • 锂电池的工作原理 • 锂电池的优缺点 • 锂电池的安全使用与维护
高性能锂离子电池负极材料的制备及其性能的研究PPT课件
2021
17
·
谢谢聆听
2021
18
2021
7
碳基负极材料
常见的碳基负极材料有：石墨、硬碳、软碳等。对碳基材料进 行改性的方法常有：机械研磨、表面包覆、表而氧化、掺杂等。碳 基材料首次充放电效率高、导电性好、不可逆容量低、电极电势较 低且价格低廉来源广。但碳基材料比容量低难以满足现在越来越高 的能量需求。
钛基负极材料
常见的钛基负极材料为：TiO2、Li4Ti5O12。钛基材料的常见合 成方法有：水热合成法、溶胶-凝胶法、模板法、电化学阳极氧化 法、液相沉淀法、超声合成法等。TiO2 较高的嵌锂离子电位(1.5～ 1.8 V)，可以避免锂枝晶的生成，然而TiO2本身是半导体，导电性 差；Li4Ti5O12由于在嵌锂离子时具有零应变(体积变化约 0.2%)特性 ，具有较正的理论嵌锂离子电位(1.55 V，vs. Li/Li+)，被认为是一 种理想的锂离子电池负极材料；然而， Li4Ti5O12导电性差，导致 其大电流倍率性能差为提高材料的电子导电性，目前的研究主要 集中在掺杂和表面修饰。
• 1980 年，Armand 率先提出锂蓄电池负极不再采用金属锂，而是正负极均采 用能让锂离子自由脱嵌的活性物质TiS2。从此以后，锂离子电池得到了迅猛 的发展。
• 1990 年日本的索尼(Sony)公司率先开发了首个商用锂离子电池，随后革新了 电子产品的新面貌，它是把锂离子嵌入碳中形成负极，取代传统锂原电池的 金属锂或锂合金作负极。
2021
10
研究内容以及方案
需要解决的问题
a)硅负极方面：
1（减缓体积膨胀）电化学储锂时，由于硅原子结合锂原 子得到合金相的过程对应的材料体积变化大（~400%）引起 的电极可逆容量的迅速衰减。
锂离子电池负极材料石墨的改性分析课件
石墨的改性需求和重要性
01
为了提高石墨的电化学性能和锂离子电池的整体性能，需要对 石墨进行改性处理。
02
பைடு நூலகம்
改性处理可以改善石墨的层间结构和稳定性，提高其可逆容量
和循环寿命。
改性处理还可以改善石墨的体积效应和安全性问题，提高锂离
03
子电池的能量密度和安全性。
02
石墨改性技术
表面涂层技术
表面涂层技术是指在石墨表面涂覆一层具有保护、增强和改性作用的涂层，以提 高石墨的电化学性能和稳定性。
烯片层堆叠而成。
石墨具有高导电性和高导热性， 以及良好的化学稳定性和耐腐蚀
性。
石墨的层间相互作用力较弱，容 易发生层间滑移。
石墨在锂离子电池中的应用
石墨作为锂离子电池 负极材料具有良好的 电化学性能和稳定性 。
石墨在锂离子电池中 具有良好的充放电性 能和循环寿命。
石墨具有较高的理论 容量和较低的嵌锂电 位，能够提供较高的 能量密度。
锂离子电池负极材料石墨的改性 分析课件
contents
目录
• 石墨材料概述 • 石墨改性技术 • 石墨改性的实验方法和结果分析 • 石墨改性在锂离子电池性能上的影响 • 石墨改性的未来研究方向和挑战 • 参考文献
01
石墨材料概述
石墨的物理和化学性质
石墨是一种层状结构的碳材料， 其晶体结构由二维蜂窝状的石墨
实验结果分析
石墨与硅基材料混合后，容量 和循环性能得到显著提升
高温处理后，石墨的层间距增 大，有利于锂离子的嵌入和脱
电化学测试结果表明，改性后 的石墨具有更高的比容量和更 稳定的循环性能
结果比较和讨论
与未改性的石墨相比，改性后的 石墨具有更高的能量密度和更长
锂离子电池ppt
Page 18
4.电解质
2015年，全球电解液整体产量为11.1万吨，同比增长34.3%；中国电 解液产量为6.9万吨，同比增长52.7%；从增长速度来看，中国电解液产 量的增长速度明显高于全球。
Page 19
电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料 组成，在一定条件下，按一定比例配制而成的，其中电解质在电解液成 本中比重最大，也是电解液中技术壁垒最高的环节。
锂离子电池
纲要
1.介绍 2.正极材料
3.负极材料
4.电解质材料 5.隔膜材料
Page 2
1.介绍
锂离子电池结构组成
Page 3
工作原理
锂离子电池是一种以 Li+ 在正负极入 嵌和脱嵌来回循环的二次储能电池。 正极一般采用插锂化合物（右图以 LiCoO2为例），负极目前广泛使用石墨层 间锂化合物 LixC6 ，电解质主要是 LiPF6 、 LiClO4等有机溶剂，溶剂分为碳酸乙烯酯 EC 、碳酸丙烯酯 PC 、碳酸二甲酯 DMC 和氯 碳酸酯ClMC。 充电时， Li+ 从正极脱出，经过电解 质嵌入到负极，此过程中伴随电子从正极 沿外电路到达负极，保持正负极电荷平衡； 放电时， Li+ 从负极脱嵌，经电解质回归 正极，同时电子从外电路经负载返回，故 可以看做是一个可逆过程。所以一般要求 Li+ 在正负极来回入嵌、脱嵌过程中正负 极材料晶体结构不会发生明显变化，而只 引起材料层间距的变化。
单层 PE 25 21
单层 PE 25 26
离子阻抗/Ω cm2
2.23
2.55
1.36
1.85
2.66
2.56
孔隙率/% 熔化温度/℃
锂电池课件ppt
锂电池分类
根据正极材料的不同，锂电池主 要分为钴酸锂电池、三元锂电池 、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等 。
锂电池的工作原理
充电过程
在充电过程中，锂离子从正极材料中 脱出，通过电解质和隔膜，嵌入负极 材料中。
放电过程
在放电过程中，锂离子从负极材料中 脱出，通过电解质和隔膜，回到正极 材料中。
锂电池的主要部件，锂离子电池用于平 衡电网、稳定电力、提供备用电源 等，提高电力系统的稳定性和可靠 性。
工业储能
在工业领域，锂离子电池用于平衡 电力系统、稳定电力、提供备用电 源等，提高工业生产的稳定性和可 靠性。
PART 04
锂电池的制造工艺
正极材料的制备工艺
原料准备与处理
将原料混合在一起，通过加热、搅拌等手段，合 成电解液。
质量检测与控制
对电解液进行质量检测，确保其具有合适的电化 学性能和稳定性。
电池的组装与检测
电极制备
将正极材料、负极材料、隔膜等组装成电极。
电池组装
将电极与电解质、电池壳等组装在一起，形成完整的电池。
质量检测与控制
对电池进行质量检测，确保其具有合适的电化学性能和安全性。
PART 02
锂电池的性能特点
能量密度与功率密度
能量密度
指电池单位体积或质量所容纳的电量，常以“Wh/cm³”或“Wh/kg”为单位 来衡量。
功率密度
指电池单位质量或体积所能输出的功率，常以“W/cm³”或“W/kg”为单位 来衡量。
循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在经历充放电循环后，能够维持其原有性能和容量的时间。一般来说，锂 离子电池的循环寿命较长，但会随着充放电次数的增加而逐渐衰减。
锂电池在过度充电时可能会发生爆炸或产生有害物质，因此需 避免长时间充电或过夜充电。
根据正极材料的不同，锂电池主 要分为钴酸锂电池、三元锂电池 、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等 。
锂电池的工作原理
充电过程
在充电过程中，锂离子从正极材料中 脱出，通过电解质和隔膜，嵌入负极 材料中。
放电过程
在放电过程中，锂离子从负极材料中 脱出，通过电解质和隔膜，回到正极 材料中。
锂电池的主要部件，锂离子电池用于平 衡电网、稳定电力、提供备用电源 等，提高电力系统的稳定性和可靠 性。
工业储能
在工业领域，锂离子电池用于平衡 电力系统、稳定电力、提供备用电 源等，提高工业生产的稳定性和可 靠性。
PART 04
锂电池的制造工艺
正极材料的制备工艺
原料准备与处理
将原料混合在一起，通过加热、搅拌等手段，合 成电解液。
质量检测与控制
对电解液进行质量检测，确保其具有合适的电化 学性能和稳定性。
电池的组装与检测
电极制备
将正极材料、负极材料、隔膜等组装成电极。
电池组装
将电极与电解质、电池壳等组装在一起，形成完整的电池。
质量检测与控制
对电池进行质量检测，确保其具有合适的电化学性能和安全性。
PART 02
锂电池的性能特点
能量密度与功率密度
能量密度
指电池单位体积或质量所容纳的电量，常以“Wh/cm³”或“Wh/kg”为单位 来衡量。
功率密度
指电池单位质量或体积所能输出的功率，常以“W/cm³”或“W/kg”为单位 来衡量。
循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在经历充放电循环后，能够维持其原有性能和容量的时间。一般来说，锂 离子电池的循环寿命较长，但会随着充放电次数的增加而逐渐衰减。
锂电池在过度充电时可能会发生爆炸或产生有害物质，因此需 避免长时间充电或过夜充电。
《锂离子电池》课件
锂离子电池的未来发展趋势
1
提高电池的能量密度
研发新型电池材料和技术，提高电池
加强电池安全措施
2
的能量密度，以满足不断增长的能源 需求。
改进电池结构和管理系统，提高电池
的安全性，预防火灾和爆炸等安全事
故。
3
发展可回收的电池材料
研究和应用可回收的电池材料，减少
对有限资源的依赖，实现可持续发展。
探究新型电池结构
锂离子电池的优势和劣势
优势
1. 高能量密度 2. 长寿命 3. 环保
劣势
1. 成本高 2. 安全性问题
锂离子电池应用领域
1 电子产品领域
锂离子电池广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式设备。
2 电动汽车领域
锂离子电池是电动汽车的主要动力源，具有高能量密度和长续航里程。
3 其他领域
锂离子电池还应用于储能系统、航空航天等领域，为各个行业提供可靠的能源解决方案。
vehicles (EVs). Energy Storage Materials, 2019, 16: 246-266. 3. Goodenough, J. B., et al. Lithium-ion batteries. Journal of the
American Chemical Society, 2019, 141(22): 8829-8832.
《锂离子电池》PPT课件
锂离子电池是一种先进的电池技术，具有高能量密度、长寿命和环保等优势。 本课件将介绍锂离子电池的定义、工作原理、应用领域和未来发展趋势。
锂离子电池的定义和发展历程
定义
锂离子电池是一种以锂离子在正负极材料中嵌入和脱出的化学反应来实现电能转换的装置。
《锂离子电池材料》课件
材料与电池性能的关系
正极材料的选择
• 优化容量和循环寿命 • 增强安全性能 • 提高充放电速率
负极材料的选择
• 增加负极容量 • 提高循环稳定性 • 抑制锂金属电解液反应
电解质的选择
• 提供良好的离子传输 • 保障电池安全性 • 优化电池充放电性能
常见锂离子电池材料介绍
正极材料 - 钴酸锂
广泛应用于手机、电动工具等领 域的正极材料，具有高能量密度 和较好的循环寿命。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
负极材料 - 石墨
常用的负极材料，具有良好的导 电性和循环性能。
电解质 - 聚合物电解质
新型电解质材料，具有较高的离 子传导性、可弯曲性和耐高温性 能。
结语
1 锂离子电池材料的应用前景
锂离子电池材料在电动汽车、可穿戴设备和储能领域有着广阔的应用前景。
2 未来材料研究方向
进一步研究材料的合成方法、表面改性和界面工程，以提高电池性能。
《锂离子电池材料》PPT 课件
欢迎来到《锂离子电池材料》PPT课件。本课程将为您介绍锂离子电池及其关 键材料，探讨材料与电池性能之间的关系，以及常见的锂离子电池材料。让 我们一起开始学习吧！
简介
锂离子电池基本原理
了解锂离子电池的工作原理 和基本运作方式。
材料与电池性能的关系
深入探讨材料在锂离子电池 中的作用，以及不同材料对 电池性能的影响。
常见锂离子电池材料介 绍
介绍目前广泛使用的正极材 料、负极材料和电解质。
锂离子电池基本原理
1 正极材料接受电子
正极材料接受电子并将其嵌入晶格中，储存 能量。
2 负极材料释放电子
负极材料释放电子，在电解质中形成离子。
3 电解质传递离子
负极材料原理及应用ppt课件
9μm外
37.5
30.8
63.05
56.71
4.34
9μm内
57.7
40.2
42.45
31.39
11.06
铜箔表面微观形貌
9μm外 ×1000
9μm外 ×4000
9μm内 ×1000
9μm内 ×4000
研究结果分析
表8和给出了9～15微米铜箔表面能及其内外两面表面能的差距，可以看出，9微米铜箔内外两面表面能的差距最大，达32.67%，15微米铜箔次之，为27.69%，12微米铜箔第三，为9.05%，10微米铜箔最小，为7.24%，10微米铜箔的表面能最低。 要减少或者防止露箔的发生，最根本的方法是降低负极浆料的表面张力或者提高铜箔的表面能。
石墨有两种晶形：2H（六角形)结构和3R（菱形)结构； 六角形结构按ABAB……方式堆砌而成,为稳定结构； 菱形结构按ABCABC……方式堆砌而成,为亚稳定结构； 菱形结构通常不会在石墨中单独出现，总是与六方结构的石墨同时存在； 经喷射磨处理后，菱形相的含量从15%增加到了40%，可提高可逆容量及充放电效率，并且对PC：EC（1：1）的电解液具有良好的相容性； 从六方石墨和菱形石墨的衍射峰强度可得出石墨中菱形石墨的含量。
0.380
0.348
石墨的两种晶体结构
石墨有两种晶形：2H（六角形)结构和3R（菱形)结构，六角形结构按ABAB……方式堆砌而成,为稳定结构，菱形结构按ABCABC……方式堆砌而成,为亚稳定结构，理想墨片面之间距离为（d002)为0.3354nm。
(a)六方形结构（ABAB…方式） （b）菱形结构（ABCABC…方式） 图6 石墨的两种晶体结构方式
1．锂离子电池工作原理 2．负极材料的种类 3．石墨化过程 4．石墨材料的基本结构及晶体性质 5．石墨的储锂机理 6．影响石墨电化学性能的一些因素
37.5
30.8
63.05
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4.34
9μm内
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40.2
42.45
31.39
11.06
铜箔表面微观形貌
9μm外 ×1000
9μm外 ×4000
9μm内 ×1000
9μm内 ×4000
研究结果分析
表8和给出了9～15微米铜箔表面能及其内外两面表面能的差距，可以看出，9微米铜箔内外两面表面能的差距最大，达32.67%，15微米铜箔次之，为27.69%，12微米铜箔第三，为9.05%，10微米铜箔最小，为7.24%，10微米铜箔的表面能最低。 要减少或者防止露箔的发生，最根本的方法是降低负极浆料的表面张力或者提高铜箔的表面能。
石墨有两种晶形：2H（六角形)结构和3R（菱形)结构； 六角形结构按ABAB……方式堆砌而成,为稳定结构； 菱形结构按ABCABC……方式堆砌而成,为亚稳定结构； 菱形结构通常不会在石墨中单独出现，总是与六方结构的石墨同时存在； 经喷射磨处理后，菱形相的含量从15%增加到了40%，可提高可逆容量及充放电效率，并且对PC：EC（1：1）的电解液具有良好的相容性； 从六方石墨和菱形石墨的衍射峰强度可得出石墨中菱形石墨的含量。
0.380
0.348
石墨的两种晶体结构
石墨有两种晶形：2H（六角形)结构和3R（菱形)结构，六角形结构按ABAB……方式堆砌而成,为稳定结构，菱形结构按ABCABC……方式堆砌而成,为亚稳定结构，理想墨片面之间距离为（d002)为0.3354nm。
(a)六方形结构（ABAB…方式） （b）菱形结构（ABCABC…方式） 图6 石墨的两种晶体结构方式
1．锂离子电池工作原理 2．负极材料的种类 3．石墨化过程 4．石墨材料的基本结构及晶体性质 5．石墨的储锂机理 6．影响石墨电化学性能的一些因素
锂离子电池负极硅基材料PPT幻灯片课件
王国鹏王国鹏sa12014013sa12014013曾文聪曾文聪sa12014014sa12014014孟钰清sa12014015sa12014015谢冰星sc12014066sc1201406611目录第一部分背景介绍第二部分制备方法第三部分总结第四部分参考文献锂离子电池负极材料锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出
锂离子电池负极硅基材料
组员： 王国鹏SA12014013 曾文聪SA12014014 孟钰清SA12014015 谢冰星SC12014066
1
目录
1 第一部分 背景介绍 2 第二部分 制备方法 3 第三部分 总结 4 第四部分 参考文献
2
背景介绍
3
锂离子电池负极材料
锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体，在充放电过程中实 现锂离子的嵌入和脱出。现在一般使用石墨作为负极，容量较低，首 次充放电效率低，有机溶剂共嵌入等不足。所以人们开始开发其他高 容量的非碳负极材料。
3.纳米线有利于电 荷输运。
4.不需要添加导电 物质，减轻重量。
9
设备：
vls激光烧蚀法制备硅纳米线
1.激光源 2.聚光器 3.石英管 4.管式炉 5.冷却手指 6.通气设备
机理：
10
A
B
C
D
A、B：充电前后SEM 。 C、D：电化学性能。
11
2、硅/碳复合材料
硅/碳复合材料
嵌入型
包覆型
分散型
核壳型硅/碳复合 多孔型硅/碳复合
纤维型硅/碳复合
优点：1.使得硅颗粒很好的分散开来 2.提高电导率 3.提高循环能力
12
嵌入型硅/碳复合材料制备过程：
预氧化Si纳 米颗粒
锂离子电池负极硅基材料
组员： 王国鹏SA12014013 曾文聪SA12014014 孟钰清SA12014015 谢冰星SC12014066
1
目录
1 第一部分 背景介绍 2 第二部分 制备方法 3 第三部分 总结 4 第四部分 参考文献
2
背景介绍
3
锂离子电池负极材料
锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体，在充放电过程中实 现锂离子的嵌入和脱出。现在一般使用石墨作为负极，容量较低，首 次充放电效率低，有机溶剂共嵌入等不足。所以人们开始开发其他高 容量的非碳负极材料。
3.纳米线有利于电 荷输运。
4.不需要添加导电 物质，减轻重量。
9
设备：
vls激光烧蚀法制备硅纳米线
1.激光源 2.聚光器 3.石英管 4.管式炉 5.冷却手指 6.通气设备
机理：
10
A
B
C
D
A、B：充电前后SEM 。 C、D：电化学性能。
11
2、硅/碳复合材料
硅/碳复合材料
嵌入型
包覆型
分散型
核壳型硅/碳复合 多孔型硅/碳复合
纤维型硅/碳复合
优点：1.使得硅颗粒很好的分散开来 2.提高电导率 3.提高循环能力
12
嵌入型硅/碳复合材料制备过程：
预氧化Si纳 米颗粒
锂离子电池ppt课件.ppt
由于他所作出的卓越贡献，他于1971年被电化学会授予青年作家奖， 于2004年被授予电池研究奖，并且被推举为会员。
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池的产生
20世纪80年代末，日本Sony公司 提出者
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池：炭材料锂电池 后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正
极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就 是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成， 生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构， 它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂 离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用 电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正 极的锂离子越多，放电容量越高。 目前所说的锂离子电池通常为锂二次电池。
电池的容量
电池的容量有额定容量和实际容量 之分。锂离子电池规定在常温、恒流 (1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下， 充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所 放出的电量为其额定容量。 电池的实际 容量是指电池在一定的放电条件下所放 出的实际电量，主要受放电倍率和温度 的影响（故严格来讲，电池容量应指明 充放电条件）。
1.1977年，首次发现并提出石墨嵌锂化合物 作为二次电池的电极材料。在此基础上，于 1980年首次提出“摇椅式电池”（Rocking Chair Batteries）概念，成功解决了锂负 极材料的安全性问题。
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池的产生
20世纪80年代末，日本Sony公司 提出者
病原体侵 入机体 ，消弱 机体防 御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池：炭材料锂电池 后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正
极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就 是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成， 生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构， 它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂 离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用 电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正 极的锂离子越多，放电容量越高。 目前所说的锂离子电池通常为锂二次电池。
电池的容量
电池的容量有额定容量和实际容量 之分。锂离子电池规定在常温、恒流 (1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下， 充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所 放出的电量为其额定容量。 电池的实际 容量是指电池在一定的放电条件下所放 出的实际电量，主要受放电倍率和温度 的影响（故严格来讲，电池容量应指明 充放电条件）。
1.1977年，首次发现并提出石墨嵌锂化合物 作为二次电池的电极材料。在此基础上，于 1980年首次提出“摇椅式电池”（Rocking Chair Batteries）概念，成功解决了锂负 极材料的安全性问题。
锂离子电池材料详解电芯课件.ppt
电解液在存储时间足够长，温度足够高时都会变色，因为
反应产生的PF5和其它反应产物都有颜色。
19
谢谢！
20
电用了安全性差，二次锂电一般不加在电解液中，而是用LiPF6。
有机溶剂：由于锂电池的电压为3－4V，而水的分解电压为
1.23V，所以不能用水做溶剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有 机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸乙烯脂）、DEC（二乙烯 碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。
是在热冲击性能方面，隔膜的收缩率和工艺设计余量影响 很大。
18
5：锂电池用电解液
分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质
电解质：
LiAsF6、LiPF6、LiClO4、 LiBF4等，从导电率、热稳定性和
耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用。高氯酸锂安全性不好，
热稳定性差，加温易分解爆炸，而且其导电率低，用了装下活性物质的量；越
大越好，在单位体积内可使负极活性物质装的更多；
D50：要求在18－20微米之间，越小比表面积越大，
越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；
6
天然石墨
天然石墨在电池中的优缺点
优点：石墨化度高，理论比容量高； 缺点：循环寿命差，要在其表面进行包覆才能使用 （沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）； 天然石墨改性。
r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%
碳负极材料的比容量
比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372 mAh/g 其计算方法如下：
金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂的原子量为6.94，碳的原 子量是12.01, 3860＊6.94/（12.01＊6）＝372 mAh/g 。
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(3)制备原料(Ti02、Li2C03或LiOH·H20等)来 源也比较丰富。
Li4Ti5012表现出了较好的单一电压平台，平 均脱嵌锂电压为1．5 V，但是该材料固有电导率 低，成为制约其发展的重要因素。
国内：现在商品化锂离子蓄电池广泛使用的负极 材料是碳材料，概括起来碳负极材料的发展主要经 历了三代：第一代中间相碳微球和微碳纤维，可逆 比容量约为310mAh／g，不可逆比容量约20 mAh ／g，这类材料的电极制备工艺简单，倍率放电性 好，但价格较高。第二代是低表面积的人造石墨， 可逆比容量约330 mAh／g，不可逆比容量30mAh ／g左右，价格较便宜，从材料的低成本和高容量 的发展要求看，高堆积密度的天然石墨是今后的发 展趋势，该第三代负极材料的可逆比容量可高达 350 mAh／g，不可比容量约为40 mAh／g，价格 可望降到15$／kg以下。但单纯的天然石墨不能简 单用作锂离子蓄电池的负极材料，必须通过造型、 表面修饰来提高材料的涂膜性、电极的充放电特性 和降低不可逆比容量。
工艺流程
按比例混合
高速搅拌至溶 剂挥发完
烘干
气氛保护下 烧结
掺杂：硼、硅和金属元素锡、锑及其氧化物、合金、金属
间化合物等材料具有很高的理论嵌锂容量，掺杂以上各种高 理论嵌／放锂容量组分制备成复合材料，能在保持碳材料的 良好循环稳定性的前提下，提高材料的嵌／放锂容量。
工艺流程
石墨去油 等前处理
掺杂物
按比例混 化处理：氧化改性主要是去除了天然石墨表面的部分
羧基而增加了酯的含量，氧化改性对天然石墨的结构稳定性的 提高作用不是很明显，天然石墨表面状态的变化有利于减少形 成SEI膜时锂离子的消耗，抑制溶剂和电解质的分解，从而使 首次循环的不可逆容量降低，氧化后的样品的首次充放电效率 提高，去除了活性高的缺陷结构，提高了石墨结构的稳定性， 增加了纳米级微孔及通道数目，形成了致密的钝化膜 。
锂离子电池负极材料
石墨作为锂电池负极材料的研究现状
国外：自从Sony公司商品化1865型锂离子蓄电池， 单位体积比能量大约以每年10％的幅度增加，主要 贡献来自负极碳材料，天然石墨具有石墨化程度高、 比容量高、成本低的优势，一直是负极材料研究开 发的重点之一，日本SANYO公司采用优质天然石墨 为原料，通过表面修饰，提高其充放电循环性能， 已成功用于锂离子电池生产，国外研究天然石墨作 负极材料迅猛发展，其实际应用范围也从便携式电 子产品拓宽到电动自行车、航空航天、空间军事等 领域。
Li4Ti5012是理想的嵌入型电极，它作为负极材料 具有以下优点：
(1)在锂离子脱／嵌过程中，晶体结构能够保持 高度的稳定性，而使其具有优良的循环性能和平 稳的放电电压。
(2)具有相对较高的电极电位，使得该电极材料 能够在大多数液体电解质的稳定电压区间中使用， 从而避免了电解液分解现象或保护膜的生成。
另外高强度的震磨可以在六方石墨中引入菱方相，从而降低 石墨在电解液中的层剥。
工艺流程
石墨+溶剂 磨介
助磨剂
研磨一段时间
旋风分离
钛酸锂：
钛酸锂空间点阵群为Fd3m，Li4Ti5O12中O原子 构成FCC的点阵，位于32e的位置，3个Li 则位于8a 的四面体间隙中，Ti 和剩余的Li 位于16d的八面体 间隙中，其结构式可写作：[Li]8e [Li1/3Ti5/3]16d[04]32e。
国内：Li4Ti5012具有可供锂离子快速运动的 三维通道，并且具有电位平台宽、循环寿命长、 表面不形成钝化膜、成本低等优良性能，是非常 理想的活性材料。电极是能量贮存和转化的主要 场所，也是荷电粒子(电子和离子)出入的通道。为 了使电极过程能够快速高效地进行，电极还必须 具有良好的电子和离子传输能力。在电极制作工 艺中，通常采用将活性材料粉末与石墨、碳黑或 纤维等导电剂混合的方法来提高电极的导电能力。
天然石墨的改性方法：
包覆有机物：能够有效的阻止石墨在充放电过程中发生层状
剥落现象，从而有效的提高复合炭材料的循环稳定性，改善天 然石墨的界面性质，防止溶剂化锂离子插入石墨层问造成的结 构层离使其不可逆容量损失降低，而且库伦效率，比容量，以 及循环后容量保持率均大大改善。
有沥青包覆，二元共聚物包覆，树脂热解碳包覆，羧甲基纤维 素包覆，环氧树脂等进行包覆，超声浸渍包覆等。
钛酸锂作锂电池负极材料的研究现状
国外：日本石原产业应用了以湿法反应为基础 的粉体合成技术，通过让锂和钛进行湿法反应，使 材料组成均匀，并通过控制粒子的最佳形状，得到 了与理论容量近似的170mAh／g的充放电容量。 目前，国外对钛酸锂的研究工作比较靠前，已经将 钛酸锂与Li[Ni1/3Mn3/2]O4、Li2Co0.4Fe0.4Mn3.2O8 LiCoO2等不同的正极材料组成锂离子电池、全固态 锂离子电池或半电池超级电容器，并进行了系统性 能检测。但是，目前的研究也还存在不足之处，仍 需继续开展相关的研究工作。
工艺流程
浸渍并搅拌 一定时间
干燥
洗涤
干燥
机械研磨：机械研磨能改善性能的原因是：容量增加是因
为微孔、微腔等数量的增加，不可逆容量的增加是因为表面 积的增大，电压滞后是因为填隙碳原子的存在，循环性能变 差是因为可移动的和某些成健的填隙碳原子使微孔消失以及 电解质钻进孔。并在锂嵌脱过程中形成了附聚物颗粒。
各种锂离子负极材料性能比较：
天然石墨：
石墨具有完整的层状晶体结构，片层结构中碳原子 以sp2杂化方式结合成六角网状平面，理想石墨的层 间距为0．3354 nm，层与层之间以范德华力结合。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
天然石墨在价格性能比方面有着优势，价格低，良 好的放电平台，比容量高可达372mAh/g，但是在 第一次充放电时，会在碳表面形成钝化膜，造成容 量损失碳电极的电位与锂的电位很接近，当电池过 充电时，金属锂可能在碳电极表面析出，形成枝晶 而引发安全性问题，这些促使人们继续研究寻找碳 负极材料的替代物。因此，天然石墨的改性主要在 于提高石墨负极材料的循环性能 。
Li4Ti5012表现出了较好的单一电压平台，平 均脱嵌锂电压为1．5 V，但是该材料固有电导率 低，成为制约其发展的重要因素。
国内：现在商品化锂离子蓄电池广泛使用的负极 材料是碳材料，概括起来碳负极材料的发展主要经 历了三代：第一代中间相碳微球和微碳纤维，可逆 比容量约为310mAh／g，不可逆比容量约20 mAh ／g，这类材料的电极制备工艺简单，倍率放电性 好，但价格较高。第二代是低表面积的人造石墨， 可逆比容量约330 mAh／g，不可逆比容量30mAh ／g左右，价格较便宜，从材料的低成本和高容量 的发展要求看，高堆积密度的天然石墨是今后的发 展趋势，该第三代负极材料的可逆比容量可高达 350 mAh／g，不可比容量约为40 mAh／g，价格 可望降到15$／kg以下。但单纯的天然石墨不能简 单用作锂离子蓄电池的负极材料，必须通过造型、 表面修饰来提高材料的涂膜性、电极的充放电特性 和降低不可逆比容量。
工艺流程
按比例混合
高速搅拌至溶 剂挥发完
烘干
气氛保护下 烧结
掺杂：硼、硅和金属元素锡、锑及其氧化物、合金、金属
间化合物等材料具有很高的理论嵌锂容量，掺杂以上各种高 理论嵌／放锂容量组分制备成复合材料，能在保持碳材料的 良好循环稳定性的前提下，提高材料的嵌／放锂容量。
工艺流程
石墨去油 等前处理
掺杂物
按比例混 化处理：氧化改性主要是去除了天然石墨表面的部分
羧基而增加了酯的含量，氧化改性对天然石墨的结构稳定性的 提高作用不是很明显，天然石墨表面状态的变化有利于减少形 成SEI膜时锂离子的消耗，抑制溶剂和电解质的分解，从而使 首次循环的不可逆容量降低，氧化后的样品的首次充放电效率 提高，去除了活性高的缺陷结构，提高了石墨结构的稳定性， 增加了纳米级微孔及通道数目，形成了致密的钝化膜 。
锂离子电池负极材料
石墨作为锂电池负极材料的研究现状
国外：自从Sony公司商品化1865型锂离子蓄电池， 单位体积比能量大约以每年10％的幅度增加，主要 贡献来自负极碳材料，天然石墨具有石墨化程度高、 比容量高、成本低的优势，一直是负极材料研究开 发的重点之一，日本SANYO公司采用优质天然石墨 为原料，通过表面修饰，提高其充放电循环性能， 已成功用于锂离子电池生产，国外研究天然石墨作 负极材料迅猛发展，其实际应用范围也从便携式电 子产品拓宽到电动自行车、航空航天、空间军事等 领域。
Li4Ti5012是理想的嵌入型电极，它作为负极材料 具有以下优点：
(1)在锂离子脱／嵌过程中，晶体结构能够保持 高度的稳定性，而使其具有优良的循环性能和平 稳的放电电压。
(2)具有相对较高的电极电位，使得该电极材料 能够在大多数液体电解质的稳定电压区间中使用， 从而避免了电解液分解现象或保护膜的生成。
另外高强度的震磨可以在六方石墨中引入菱方相，从而降低 石墨在电解液中的层剥。
工艺流程
石墨+溶剂 磨介
助磨剂
研磨一段时间
旋风分离
钛酸锂：
钛酸锂空间点阵群为Fd3m，Li4Ti5O12中O原子 构成FCC的点阵，位于32e的位置，3个Li 则位于8a 的四面体间隙中，Ti 和剩余的Li 位于16d的八面体 间隙中，其结构式可写作：[Li]8e [Li1/3Ti5/3]16d[04]32e。
国内：Li4Ti5012具有可供锂离子快速运动的 三维通道，并且具有电位平台宽、循环寿命长、 表面不形成钝化膜、成本低等优良性能，是非常 理想的活性材料。电极是能量贮存和转化的主要 场所，也是荷电粒子(电子和离子)出入的通道。为 了使电极过程能够快速高效地进行，电极还必须 具有良好的电子和离子传输能力。在电极制作工 艺中，通常采用将活性材料粉末与石墨、碳黑或 纤维等导电剂混合的方法来提高电极的导电能力。
天然石墨的改性方法：
包覆有机物：能够有效的阻止石墨在充放电过程中发生层状
剥落现象，从而有效的提高复合炭材料的循环稳定性，改善天 然石墨的界面性质，防止溶剂化锂离子插入石墨层问造成的结 构层离使其不可逆容量损失降低，而且库伦效率，比容量，以 及循环后容量保持率均大大改善。
有沥青包覆，二元共聚物包覆，树脂热解碳包覆，羧甲基纤维 素包覆，环氧树脂等进行包覆，超声浸渍包覆等。
钛酸锂作锂电池负极材料的研究现状
国外：日本石原产业应用了以湿法反应为基础 的粉体合成技术，通过让锂和钛进行湿法反应，使 材料组成均匀，并通过控制粒子的最佳形状，得到 了与理论容量近似的170mAh／g的充放电容量。 目前，国外对钛酸锂的研究工作比较靠前，已经将 钛酸锂与Li[Ni1/3Mn3/2]O4、Li2Co0.4Fe0.4Mn3.2O8 LiCoO2等不同的正极材料组成锂离子电池、全固态 锂离子电池或半电池超级电容器，并进行了系统性 能检测。但是，目前的研究也还存在不足之处，仍 需继续开展相关的研究工作。
工艺流程
浸渍并搅拌 一定时间
干燥
洗涤
干燥
机械研磨：机械研磨能改善性能的原因是：容量增加是因
为微孔、微腔等数量的增加，不可逆容量的增加是因为表面 积的增大，电压滞后是因为填隙碳原子的存在，循环性能变 差是因为可移动的和某些成健的填隙碳原子使微孔消失以及 电解质钻进孔。并在锂嵌脱过程中形成了附聚物颗粒。
各种锂离子负极材料性能比较：
天然石墨：
石墨具有完整的层状晶体结构，片层结构中碳原子 以sp2杂化方式结合成六角网状平面，理想石墨的层 间距为0．3354 nm，层与层之间以范德华力结合。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
天然石墨在价格性能比方面有着优势，价格低，良 好的放电平台，比容量高可达372mAh/g，但是在 第一次充放电时，会在碳表面形成钝化膜，造成容 量损失碳电极的电位与锂的电位很接近，当电池过 充电时，金属锂可能在碳电极表面析出，形成枝晶 而引发安全性问题，这些促使人们继续研究寻找碳 负极材料的替代物。因此，天然石墨的改性主要在 于提高石墨负极材料的循环性能 。