人造石墨负极材料在高倍率锂电池中的技术进展

LD减小 decreased LD
OI极片减小 Decreased OIelectr
改善吸液性（孔） Improve absorbency properties（holes）
L大
L小
非晶碳包覆 Amorphous carbon coating
2.3 高倍率负极材料应用
正极 隔膜 电池设计 负极 电解液 化成工艺 合适的铜箔 配方、电极设计 多极耳设计
4.3 4.1 3.9 3.7
30C Discharge Curves
GHMG-M PV-6 PV-6
0.2
4.1 3.9 3.7 Voltage(V) 3.5 3.3
GHMG-M PV-6 PV-6
Time(min)
3.1
2.9 2.7 2.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
激光衍射法，Marwen MS2000 型粒度分析仪，分散剂为NP40
真密度 振实密度
GB/T 24533-2009/ 金埃谱真密度仪 FZS4-4B型自动振实密度仪
灰分
比表面积 磁性物质含量 铁含量 层间距d002
%
m2/g ppb ppm nm
0.01
2.03 43 15 0.3361
0.04
1.8 48 10 0.3359
3) 配比: PV-6:SP:CMC:SBR＝
95.1:1:1.9:2 4) 对电极: 纯锂片; 5) 充放电制度:
负极固含量45%~48%，正极固含量70%
工艺设计
正极：容量设计145.0mAh/g 负极：容量设计330.0mAh/g 过量：负极过量5.0%
①恒流放电(0.03C,0.001V)
2014-2020年电池市场统计及预测（万kWh）
200
100
50
4000
2000
0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
中国市场增长率预测： 16-20 年分别为 50% 、 30% 、
未来几年，锂离子电池市场需求的增长将主要依赖 于电动汽车市场。 预计电动汽车市场的需求占比将由2014年的
20%、25%，30%。
海外市场预测（于2015年初）：大众“排放门”事件会推 动海外新能源汽车市场加速发展，真锂研究将会在此基 础上适当向上微调。
16.70%快速提升至2020年的38.8%（51.0%）。
根据2015年第三届锂电达沃斯真锂研究和赛迪顾问数据整理
1.2 动力电池需求快速增长
2012
0.1 1.3 0.9
2015
0.1 1.7 2.5
2016
0.1 2.3 2.8
2017
0.1 2.9 3
2018
0.2 3.8 2.9
2019
0.3 5 2.5
2020
0.5 7.3 2
10 5 0
15
10 5
0
5
2 6.4
6.5
3 7.6
8.6ห้องสมุดไป่ตู้
3.5 8.5
11.5
3.8 8.9
15.6
4 9
0
Time(min)
1
18
2.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1.4
1.6
1.8
4.3
35C Discharge Curves
Voltage(V)
3.5 3.3 3.1 2.9 2.7
2.5
0 1 2
内容提要
1. 动力电池负极材料市场现状概述
2. 高倍率负极材料开发思路 3. 高倍率负极材料的性能 4. 高倍率负极材料机理探究
交通工具 16% 工业&储能 12%
2013
交通工具 22% 工业&储能 15%
3C市场 72%
3C市场
63%
2014
交通工具 25% 工业&储能
2015
工业&储能 交通工具 33% 18%
19%
3C市场 56%
3C市场 49%
4
根据2015年第三届锂电达沃斯真锂研究和赛迪顾问数据整理
1.3 未来材料需求趋势
21.8
4.5 9
30
4.8 9
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
两种三元材料NCM和NCA未来几年将获得大发展；
钴酸锂的需求总量2018年基本到顶；
磷酸铁锂的需求量2019年之后将开始下滑。 数据来源：2015年真锂研究武汉锂电达沃斯报告（左图， 右图根据正极材料需求数据整理）
5. 结论
19
4.1 材料配向性分析
设备 样品
帕纳科X射线粉末衍射仪 衍射峰名称 (C-004)+(C110) 扫描范围(度) 25.00~90.00
电压
电流
40.0KV
40.0mA
PV-6和GHMG-M的配向性分别为1.37和1.64
20
一般人造石墨配向性大于2
4.2 电极配向性分析
GHMG-M的平均粒径8μm PV-6包覆改性前的平均粒径6μm
2014-2020年正极材料需求统计及预测
60
50 需求量（万吨） 40 30 20 10 0 Others NCA LFP NCM LMO LCO 15 20
2014-2020年负极材料需求量和增长率的统计及预测
30 25 需求量（万吨） 增长率（%） 50 45 40 35 30 25 20
2014
②静置(5min) ③恒流充电(0.03C,2.000V)
面密度: 9.0mg/cm2
15
3.6 材料电性能
项目 首次充电容量(mAh/g) 首次放电容（mAh/g) 首次放电效率（%） PV-6 365.2 336.0 92.0 GHMG-M 363.4 338.0 93%
16
3.7 材料倍率性能
年均复合增长率为24.5%； 未来锂电负极材料仍将以石墨材料为主，动力电池一般采 用人造石墨负极材料； 硅基等新型负极材料可能会获得一定发展。
5
内容提要
1. 动力电池负极材料市场现状概述
2. 高倍率负极材料开发思路 3. 高倍率负极材料的应用及其电池性能 4. 高倍率负极材料机理探究
5. 结论
6
2.1 高倍率电池应用领域
21
4.3材料石墨化度表征
设备 帕纳科X射线粉末衍射仪 衍射峰名称 (C-002)+(Si111) 40.0KV 40.0mA 扫描范围(度) 25.00~30.00
Graphite(002)
样品 +10%硅 粉 电压
Si(111)
电流
PV-6
d002：0.3361nm 石墨化度：92.09%
GHMG-M
非晶碳包覆能降低材料的阻抗。
25
谢谢！
材料推动能源革命
湖州创亚动力电池材料有限公司
Huzhou Chuangya Power Battery Materials Co., Ltd
人造石墨负极材料 在高倍率锂电池中的技术进展
专业 Professional 创新 Innovation
专注
Focus
永续
Sustainable
内容提要
1. 动力电池负极材料市场现状概述
快充大巴 无人机 PHEV
航模 电 动 工 具
7
2.2 高倍率负极材料开发思路
高倍率 负极材料 high rate anode materials
减小扩散极化 Decreased Diffusion Polarization tD减少 decreased tD
Rct降低 Decreased Rct
d002：0.3359nm 石墨化度：94.30%
PV-6较GHMG-M石墨化度低
22
4.3 材料的CV和EIS测试
CV前
CV后
PV-6较GHMG-M有更明显SEI形成峰，EIS测试时 未进行充放电测试，PV-6扩散阻抗较大。CV测试 后的EIS结果表明PV-6阻抗下降，GHMG-M的阻 抗上升，PV-6阻抗较小。
主辅材匹配 浆料分散
合适面密度
涂布均匀 控制压实
9
内容提要
1. 动力电池负极材料市场现状概述
2. 高倍率负极材料开发思路 3. 高倍率负极材料的性能 4. 高倍率负极材料机理探究
5. 结论
10
3.1 材料的SEM分析
P V-6 GHMG-M
11
3.2 材料的TEM分析（PV-6）
10 nm
非晶碳
1C
PV-6 GHMG-M 92.85% 90.95%
2C
85.07% 83.63%
3C
78.67% 75.27%
4C
68.97% 65.08% PV-6 GHMG-M
0.5C
99.52% 99.83%
1C
99.10% 99.07%
2C
98.43% 98.54%
4C
93.72% 92.37%
17
3.7 GHMG-M倍率性能
23
内容提要
1. 动力电池负极材料市场现状概述
2. 高倍率负极材料开发思路 3. 高倍率负极材料的性能 4. 高倍率负极材料机理探究
5. 结论
24
高倍率负极材料将在快充大巴、混合电动车、无人机和航模等市场获 得大量应用； TEM和Laman表征了非晶碳对人造石墨的包覆；
非晶碳包覆改性人造石墨能改善其倍率性能； 低配向性和较低石墨化度能提升材料的倍率性能；
石墨 包覆 界面
12
3. 材料的拉曼分析
13
3.3 材料的物性分析
项目 D10 单位 μm PV-6 4.25 GHMG-M 3.6 测试方法及检测设备
粒度
D50
D90 Dmax
μm
μm μm g/cm3 g/cm3
8.40
16.70 45.44 2.21 0.88
8.6
18.7 52.8 2.21 1.12
重量法/ 马弗炉
氮吸附法， ST-08型BET测定仪 PE ICP Optima 8000 赛默飞 ICAP6300 PANalytical X’Pert Powder
14
3.6 材料电性能
配方
LCO 正极 95.5% GHMG-M 负极 95.2% 1.0% 1.9% 1.9% 1.2% SP 1.2% CMC 2.1% SBR SP KS-6 PVDF 半电池测试条件： 1) 电池型号：CR2032 2) 电解液:LE-12301;
2. 高倍率负极材料开发思路 3. 高倍率负极材料的应用及其电池性能 4. 高倍率负极材料机理探究
5. 结论
2
1.1 电动汽车发展趋势
2014-2020年新能源汽车销量统计及预测（万辆）
250 16000 14000 12000 150 中国 海外 中国修正 10000 8000 6000 电动车 其它 电动车（修正）