锂离子电池碳负极界面反应综述PPT演示课件

合集下载

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）

锂离子电池负极课件

在储能领域的应用前景
1 2 3
储能市场的发展随着可再生能源的普及和智能电网的建设，储能市场正在快速发展，为锂离子电池提供了广阔的应用空间。
锂离子电池在储能领域的优势锂离子电池具有高能量密度、长寿命、快速充电和环保等优点，适用于各种储能应用场景。
负极材料对储能电池性能的影响负极材料的性能对储能电池的能量密度、充放电速度和循环寿命具有重要影响，进而影响储能系统的性能。
锂离子电池负极材料的应用前
04
景
在电动汽车领域的应用前景
电动汽车市场增长
随着环保意识的提高和技术的进步，电动汽车市场正在快速增长，对高性能电池的需求也随之增加。
锂离子电池的优势
锂离子电池具有高能量密度、长寿命和快速充电等优点，使其成为电动汽车领域的理想选择。
负极材料对电动汽车性能的影响
负极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响电池的能量密度、充放电速度和循环寿命，从而影响电动汽车的性能。
根据电池容量需求选择
不同容量需求的电池需要不同可逆容量的负极材料。
根据电池成本要求选择
不同负极材料的成本不同，应选择成本较低的负极材料。
锂离子电池负极材料市场现状
负极材料市场规模
负极材料市场规模持续增长
随着电动汽车、储能等领域的快速发展，锂离子电池需求量不断攀升，带动负极材料市场规模持续扩大。
锂离子电池在电动工具领域的应用也越来越广泛，如电钻、电锯和吸尘器等。负极材料的发展将有助于提高这些设备的性能和使
用寿命。
锂离子电池负极材料的挑战与
05
对策
技术挑战与对策
01
02
03
04
技术挑战
锂离子电池负极材料需要解决容量、循环寿命、安全性能等

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 。

锂离子电池负极材料课件

硅基材料
硅基材料具有极高的可逆容量和较低的电极电位，适用于高能量密度电池。
但硅基材料的体积效应较大，循环性能较差，且制备成本较高。
氮化物材料
氮化物材料具有较高的可逆容量和良好的电导率，适用于高倍率放电和高温存储。
但氮化物材料的制备成本较高，且循环性能有待提高。
CHAPTER 03
锂离子电池负极材料的性能要求
锂离子电池负极材料的发展前景
技术进步
随着科研技术的不断进步，锂离子电池负极材料的性能将得到进一步提升。新型负极材料的研发将有助于提高电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
市场需求增长
随着电动汽车和可再生能源市场的不断扩大，锂离子电池负极材料的市场需求将持续增长。这为负极材料产业的发展提供了广阔的空间。
03
技术创新机遇
面对挑战，技术创新成为关键。通过研发新型负极材料、改进生产工艺和提高回收利用效率，企业能够抓住机遇，推动锂离子电池负极材料产业的可持续发展。
THANKS
[ 感谢观看 ]
安全性能
热稳定性
负极材料在高温或短路等异常情况下的热稳定性对电池的安全性至关重要。高热稳定性的负极材料能够降低电池燃烧或爆炸的风
险。
化学稳定性
负极材料在充放电过程中应保持化学稳定性，避免与电解液或其他材料发生不良反应，从而降低
电池的安全风险。
机械稳定性
负极材料在充放电过程中应保持较好的机械稳定性，以防止电池内部结构变化导致短路或破裂等
环保政策推动
在全球范围内，环保政策日益严格，鼓励使用清洁能源和电动汽车。这将进一步推动锂离子电池负极材料的发展和应用。
锂离子电池负极材料的挑战与机遇
01

《锂离子电池》课件

隔膜
隔膜
要求
位于正负极之间，起到隔离正负极并允许锂离子通过的作用。
隔膜需具有足够的机械强度、化学稳定性好、孔径合适等特点。
功能
发展趋势
隔膜的性能对电池的安全性、内阻和循环寿命具有重要影响。
开发新型隔膜材料以提高电池性能和安全性是未来的研究方向。
03
锂离子电池的充放电性能
充放电曲线
充放电曲线
容量与能量密度的影响因素
分析影响锂离子电池容量和能量密度的因素，如电极材料、电解质等。
04
锂离子电池的安全性能与维护
锂离子电池的安全问题
过充
当电池充电过度时，正极材料会释放出氧气，通过电解液与负极发生反应，导致电池内部温度和压力升高，可能引发燃烧或爆炸
。
过放
过度放电会导致负极过渡金属锂形成锂枝晶，刺穿隔膜，造成电池短路，可能引发燃烧或爆炸。
温度过高
在高温环境下，锂离子电池内部的化学反应速率会增加，可能导致电池内部温度升高，引发燃烧
或爆炸。
锂离子电池的安全防护措施
01
02
03
安装保护电路
保护电路可以防止电池过充和过放，避免电池内部温度和压力升高。
使用安全材料
选用安全系数高的正负极材料、电解液和隔膜等材料，提高电池的安全性能。
控制使用温度
避免在高温环境下使用锂离子电池，可以降低电池内部温度升高的风险。
锂离子电池的保养与维护
定期检查
定期检查电池的外观、电压和电流等参数，及时发现和处理问题。
控制充电次数
避免频繁充电和放电，按照厂家推荐的充电次数进行充电。
储存环境
锂离子电池应存放在干燥、阴凉、通风良好的地方，避免阳光直射和高温环境。

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/℃

锂离子动力电池负极材料 ppt课件

锂离子动力电池负极材料
§碳负极材料
1.石墨
2.软碳
3.硬碳
§新型合金材料
1.硅及硅化物
2.锡基材料
§金属氧化物材料
1.插入型
2.转化型
3.合金化型
4.复合型
PPT课件
1
石墨层状结构
非石墨化碳
硅基
锡基
负极材料
过渡金属氧化物
金属锂
PPT课件
Li4Ti5O12尖晶石结构
2
不同负极材料的能量密度
PPT课件
少了溶剂分子的共插入，从而抑
制电解液的分解。
PPT课件
13
石墨化碳负极材料
人造石墨是将易石墨化炭(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。
PPT课件
14
中间相碳微球(MCMB)
课件
15
中间相碳微球(MCMB)的优点
鳞片石墨
晶面间距(d002)为0．335 nm，主要为2H+3R晶面排序结构，即石墨层按ABAB及ABCABC两种顺序排列。含碳99 ％以上的鳞片石墨，可逆容量可达300～350 mAh/g
PPT课件
18
鳞片石墨片层结构的SEM照片
PPT课件
19
天然石墨的球形化
克服天然石墨缺陷提高天然石墨的振实密度
3
§碳负极材料
一、碳材料的种类及结构
• 碳材料的结构可以从晶体学、堆积方式和对称性等多个角度来划分。
• 从晶体学角度而言划分为：
——晶体和无定型。 • 从堆积方式可以分为： ——石墨、软碳、硬碳
PPT课件
4

【可编辑全文】锂离子电池--ppt课件

根据内部材料的不同，动力锂离子电池相应地分为液态动力锂离子电池和聚合物锂离子动力电池两种，统称为动力锂离子电池。
ppt课件
21
高性能锂离子电池
为了突破传统锂电池的储电瓶颈，研制一种能在很小的储电单元内储存更多电力的全新铁碳储电材料很有必要。但是此前这种材料的明显缺点是充电周期不稳定，在电池多次充放电后储电能力明显下降。
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。
ppt课件
16
主要优点
1）电压高单体电池的工作电压高达 3.7~3.8V
2）比能量大目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右
锂离子电池
The Magic Batteries
ppt课件
1
目录
工作原理主要结构电池种类主要优点应用前景未来研究方向
ppt课件
2
工作原理
锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。
以碳素材料为负极，含锂的化合物为正极。
锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。
充电前
充电后
ppt课件
11
碳负极材料
碳材料是目前最为理想的锂离子电池负极材料，嵌锂碳材料可用LixC6表示，当X=1时达到最高的理论嵌锂量，理论比容量为372 mAh/g。石墨和中间相碳微球（MCMB）是实际应用最广泛的两类碳材料。
石墨
碳微球
ppt课件
12
电解液
有机溶剂：乙烯碳酸酯（EC）丙烯碳酸酯（PC）碳酸二甲酯（DMC）碳酸二乙酯（DEC）

锂离子电池与电极材料PPT课件

Li2Mn2O4之间的相转变。 • Mn氧化态的变化导致杨-泰勒效应，结构破坏，容量衰减。 • 电导率较低，也有待提高。 • 改性主要掺杂阳离子和阴离子、表面处理、溶胶-凝胶法合成。
第8页/共16页
锂离子电池的正极材料（ LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 ）
• LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有单一的–NaFeO2型层状岩盐结构，空间点群为R3m。 a=0.4904nm，c=1.3884nm。
• LiCoO2循环性能较优越。 • 钴的自然资源有限，价格昂贵。降低氧化钴锂的成本，提高在较高温度(<65 C )下的
循环性能和增加可逆容量是目前研究方向。 • 采用的方法主要有掺杂和包覆。
第6页/共16页
锂离子电池的正极材料（ LiNiO2 ）
• Ni资源丰富，价格便宜。 • LiNiO2实际容量可达190~210mAh/g，明显高于LiNiO2 。 • 当Li1-xNiO2中x<0.5时，能保持结构的完整性。 • 无污染，和多种电解液有良好的相容性。 • LiNiO2制备困难，要求富氧气氛，工艺条件要求高。 • 热稳定性差，易产生安全问题。 • 改性主要采用溶胶-凝胶法，加入掺杂元素和进行包覆。
锂离子电池的发展历史
• 锂一次电池不可充电
• 锂二次电池安全性能不高
• 锂离子二次电池
第1页/共16页
锂离子电池的发展历史 • 20世纪70年代，埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，
金属锂作为负极材料，制成首个锂二次电池。 • 1980年，J. Goodenough 发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。 • 1982年伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有

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

锂离子电池电化学反应机理与应用领域(ppt 37页)

要怨天怨地怨人怨己，抱怨自己的人生磕磕绊绊，不如人意。要知道很多时候，当在你盲目地追求着你的目标后，当你在怨天怨地怨人怨己时，回过头来看时，可能会发现：许多的美
人的生命总是有限的，时间也不能停滞，但是我们可以驻足。人生路上，一路行走，一路都是风景，路上，你会遇到很多美的人，美的事，美的景。不要忘了经常抬头凝视一会儿蔚蓝的天空和飞翔的香气。在人生的风景里有春夏秋冬，会有不同景致，春葱茏、夏繁盛、秋斑斓、冬纯净，都显得很美丽，你大凡可尽收眼底。只不过人生的风景画册里，有的柔和，有的热烈，有的凄美，还有的悲壮，只生就会轻松很多。也许在你放松心境的时候，你就能看见生活的笑容。不同的人生体验，才能让人生多彩丰富。如果太在意目的地，这一路上，心中便会少了很多乐趣。在人生的旅行中，最重要的不是结
电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。
电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。
欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。
2 Editor: Frank Veken_Baowang
1、电池种类划分
一次电池小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子铅酸电池动力电池燃料电池太阳能电池-地面光伏发电其他新型电池
资料来源：D:\Veken\培训教程\电池种类.txt
3 Editor: Frank Veken_Baowang
裁片工艺流程
正极裁大片正极划线刮粉正极片辊切正极称重分档
正极制片
Editor: Frank Veken_Baowang

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。

锂离子电池碳负极界面反应综述

典型的循环伏安曲线
ipc-阴极峰值电流； ipa-阳极峰值电流； Epc-阴极峰值电位； Epa-阳极峰值电位；（p-峰值，a-阳极，c-阴极）
正向扫描对应于阴极过程，发生还原反应，得到上半部分
的还原波：
O+ne-→R
反向扫描对应于阳极过程，发生氧化反应，得到下半部分
的氧化波：
R-ne-→O
主要实验参数：电位扫描速度，电位扫描范围。
在SEI膜的改性方面，电解液是另一个重要的方面。选择合适的电解液能够形成更稳定的SEI膜，提高电极表层分子膜的稳定性，减少溶剂分子的共嵌入。由于不同的电解液溶剂其还原反应活性与还原分解电压不同, 使得在不同的电解液溶剂中所形成的SEI膜的组成不同。表1给出了不同电解液下的SEI膜的形成电位。
无定形碳
（软碳）：焦炭
（硬碳）：高分子热解碳
非碳材料
金属氧化物
合金材料
负极材料的各种性质，包括材料种类、电极组成及结构、形态, 特别是表面形态对SEI 膜的形成有着至关重要的影响。
碳负极材料的表面改性
机械研磨
改变材料的微观晶体结构、形态比表面积，从而对材料电化学性能产生较大影响。
表面包覆
在材料表面包覆一层碳壳，能形成薄而致密的SEI膜，有效地抑制溶剂化锂离子的共嵌入，阻止循环过程中石墨层的脱落。
VSEI/V 1.2 1.2 0.65 0.70 0.80 0.80
PC中，形成的SEI膜不能完全覆盖表面，电解液很容易在石墨表面反应，产生不可逆容量。
EC做溶剂时，生成的SEI膜主要成分是(CH2OCOOLi)2，产生的气体是CO2，而加入碳酸二乙酯（DEC）或碳酸二甲酯（ DMC ）后，形成的 SEI 膜的主要成分分别为 C2H5COOLi和Li2CO3，产生的气体是CO和CH4。显然，后二者形成的SEI膜更稳定。

锂离子电池碳负极界面反应综述课件

02
碳负极材料的循环寿命相对较短，需要进一步提高其稳定性。
安全性能需提高
03
部分碳负极材料存在安全隐患，需要加强安全性能方面的研究。
未来研究方向
提高首次效率和循环寿命
通过改进制备工艺和选用高性能的碳源，提高碳负极材料的首次效率和循环寿命。
探索新型碳材料
研究新型的碳材料，如石墨烯、碳纳米管等，以提高锂离子电池的性能。
放电时，负极上的电子通过外部电路传递给正极，同时锂离子从负极通过电解液向正极迁移。
在充放电过程中，锂离子在正负极之间迁移和嵌入，实现能量的储存和释放。
锂离子电池的优缺点
优点
高能量密度、长寿命、环保、可快速充电等。
缺点
成本较高、安全隐患、对环境温度敏感等。
碳负极材料研究
石墨类碳材料
石墨化程度
石墨类碳材料具有较高的结晶度和有序结构，能够提供良好的电子导电性和离子扩散通道。
容量和稳定性
首次效率
石墨类碳材料在首次充放电过程中存在较大的不可逆容量损失，这是由于固体电解质界面(SEI)的形成和电解质的分解。
石墨类碳材料具有较高的可逆容量和良好的循环稳定性，是锂离子电池负极材料的首选。
通过选择合适的锂盐和溶剂，优化电解液的组成和性质，降低界
面阻抗。
碳负极表面改性
通过物理或化学方法对碳负极表面进行改性，改善表面结构和性质，提高锂离子嵌入/脱出能力
和电化学反应活性。
控制温度和压力
在电池工作过程中，控制温度和压力的稳定，以维持电解液的稳定性和流动性，降低界面反应阻
力。
碳负极材料的应用前景与挑战
锂离子电池工作原理
锂离子电池概述

锂离子电池负极材料PPT幻灯片课件

Li2CO3
研磨
600℃烧结6h
粉碎，研磨，过筛
自然冷却
900℃烧结18h
一些掺杂元素对电化学性能的比较
冷却至室温研磨
17
包覆导电层：
碳包覆：通过锂盐和二氧化钛的高温固相反应，生成钛酸锂，然后在惰性气体保护下，于750—l 000℃下焙烧0．5—5 h，得到碳包覆型Li4Ti5Ol2，包覆后Li4Ti5O12的初始放电容量为168．2 mAh／g，10C可逆容量为150．1 mAh／g，l0C 容量/0.1C容量为90．3％，大大改善了Li4T5O12 材料的倍率充放电性能。
和降低不可逆比容量。
3
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。
8
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。
工艺流程

锂离子电池负极PPT课件

第22页/共28页
锡基负极材料研究进展
• 得到的中空球体结构具有较大的内部空间, 可以容纳 Sn 颗粒嵌锂后的体积变化. 复合材料中的 Sn 完全锂化为 Li4.4Sn 时, 中空球内仍有 17%的剩余空间. 同时, 外层的碳壳可以提高复合材料的导电性, 并对充放电过程中形成于材料表面的 SEI起稳定作用.
第4页/共28页
碳材料-无定形碳
• 常见的无定形碳有有机聚合物热解碳、树脂碳和乙炔黑等，前两者的前驱体有很多种，如聚苯、聚氯乙烯、酚醛树脂、糠醛树脂、含有氧异原子的呋喃和含有氮异原子的丙烯腈树脂等。随着研究的深入，在改善无定形碳材料性能方面也取得了极大进展。
第5页/共28页
无定形碳材料研究进展 • 由晶体生长水热法制备的含微孔的无定形碳球(HCS1)具有较好的球形
第8页/共28页
纳米硅
• 由于纳米硅对与锂电池的高吸收率，将纳米硅用于锂电池可以大幅度提高锂电池的容量。 • 用纳米 Si、碳黑、PVDF 按重量百分比为40:40:20 制得复合负极，其工作电压比较平稳，第 10 周的可
逆容量仍保持在 1700 mAh/g，是碳材料的 5 倍，循环性远远优于普通硅，将充放电电流密度增大 8 倍后，循环性基本不受影响，表明了这种纳米复合电极优异的高倍率充放电性能。但是纳米材料容易团聚，团聚后的颗粒有可能失去电接触而失效。经过研究，常温下锂离子的嵌脱会破坏纳米硅的晶体结构，生成亚稳态的锂和硅的化合物，并观察到纳米硅颗粒发生团聚，导致电池循环性能下降。
第16页/共28页
过渡金属化合物材料
第17页/共28页
锡基材料
• 锡及其化合物是锂离子电池的非碳类负极材料研究较多的领域。锡基氧化物以其高的理论比容量，低成本，低毒性、宽广的实用性成为理想的锂离子电池负极材料。