人造石墨负极材料在高倍率锂电池中的技术进展

GHMG-M PV-6 PV-6
Time(min)
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
19
4.1 材料配向性分析
设备 样品
电压 电流
帕纳科X射线粉末衍射仪 衍射峰名称 扫描范围(度) (C-004)+(C- 25.00~90.00 110) 40.0KV 40.0mA
1.8
氮吸附法， ST-08型BET测定仪
43
48
15
10
PE ICP Optima 8000 赛默飞 ICAP6300
0.3361 0.3359
PANalytical X’Pert Powder
3.6 材料电性能
配方
正极
LCO 95.5%
SP 1.2%
负极
GHMG-M SP 95.2% 1.0%
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； 非晶碳包覆能降低材料的阻抗。
交通工具 33%
2015
工业&储能 18%
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
需求量（万吨）
2014-2020年正极材料需求统计及预测
60
50
40
30
20
10
0
Others NCA LFP NCM LMO LCO
2014 0.1 1.3 0.9 5 2 6.4
2014-2020年负极材料需求量和增长率的统计及预测
30
50
需求量（万吨）
增长率（%）
45
25
40
35 20
30
15
25
20
10
15
5
பைடு நூலகம்
10
5
0
0
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。
测试方法及检测设备
4.25
3.6
8.40
8.6
激光衍射法，Marwen MS2000
16.70
18.7
型粒度分析仪，分散剂为NP40
45.44
52.8
2.21
2.21 GB/T 24533-2009/ 金埃谱真密度仪
0.88
1.12
FZS4-4B型自动振实密度仪
0.01
0.04
重量法/ 马弗炉
2.03
2015 0.1 1.7 2.5 6.5 3 7.6
2016 0.1 2.3 2.8 8.6 3.5 8.5
2017 0.1 2.9 3 11.5 3.8 8.9
2018 0.2 3.8 2.9 15.6 4 9
2019 0.3 5 2.5 21.8 4.5 9
2020 0.5 7.3 2 30 4.8 9
PV-6
d002：0.3361nm 石墨化度：92.09%
GHMG-M
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。
PV-6和GHMG-M的配向性分别为1.37和1.64 一般人造石墨配向性大于2
20
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
21
4.3材料石墨化度表征
Graphite(002) Si(111)
设备
样品 +10%硅 粉
电压 电流
帕纳科X射线粉末衍射仪 衍射峰名称 扫描范围(度) (C-002)+(Si- 25.00~30.00 111) 40.0KV 40.0mA
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
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。
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
OI极片减小 Decreased OIelectr
改善吸液性（孔） Improve absorbency properties（holes）
Rct降低 Decreased Rct
L大
L小
非晶碳包覆 Amorphous carbon coating
2.3 高倍率负极材料应用
电池设计
正极 隔膜 负极 电解液 化成工艺
4000
2000
0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
电动车 其它 电动车（修正）
中国市场增长率预测： 16-20年分别为50%、30%、 20%、25%，30%。 海外市场预测（于2015年初）：大众“排放门”事件会推
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 16.70%快速提升至2020年的38.8%（51.0%）。
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 专注 Focus
创新 Innovation 永续 Sustainable
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
KS-6 1.2% CMC 1.9%
PVDF 2.1% SBR 1.9%
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% 面密度: 9.0mg/cm2
15
半电池测试条件： 1) 电池型号：CR2032 2) 电解液:LE-12301; 3) 配比: PV-6:SP:CMC:SBR＝
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
200
150
100
50
0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
2014-2020年电池市场统计及预测（万kWh）
16000
14000
12000
中国
10000
海外
中国修正 8000
6000
6
2.1 高倍率电池应用领域
快充大巴 航模
无人机
电 动
工
PHEV
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
tD减少 decreased tD
减小扩散极化 Decreased Diffusion Polarization
LD减小 decreased LD
92.0
93%
16
3.7 材料倍率性能
PV-6 GHMG-M
1C 92.85% 90.95%
2C 85.07% 83.63%
3C 78.67% 75.27%
4C 68.97% 65.08%
0.5C
1C
PV-6 99.52% 99.10%
GHMG-M 99.83% 99.07%
2C 98.43% 98.54%
95.1:1:1.9:2 4) 对电极: 纯锂片; 5) 充放电制度: ①恒流放电(0.03C,0.001V) ②静置(5min) ③恒流充电(0.03C,2.000V)
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
GHMG-M 363.4 338.0
4C 93.72% 92.37%
17
Voltage(V) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
4.3 4.1 3.9 3.7 3.5 3.3 3.1 2.9 2.7
2.5 18
3.7 GHMG-M倍率性能
25
谢谢！
35C Discharge Curves
4.3 4.1 3.9 3.7 3.5 3.3 3.1 2.9 2.7 2.5
GHMG-M PV-6 PV-6
Time(min)
Voltage(V)
0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 1.2 1.4 1.6 1.8
2 2.2
30C Discharge Curves
10 nm
非晶碳
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 D50 粒度 D90 Dmax 真密度 振实密度 灰分 比表面积 磁性物质含量 铁含量 层间距d002
14
单位 μm μm μm μm g/cm3 g/cm3 % m2/g ppb ppm nm
PV-6 GHMG-M
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。
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
交通工具 16%
2012
工业&储能
12%
交通工具 22%
2013
工业&储能 15%
3C市场 72%
3C市场 63%
交通工具 25%
2014
工业&储能 19%
合适的铜箔 配方、电极设计 多极耳设计
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
P V-6
3.1 材料的SEM分析
11
GHMG-M
3.2 材料的TEM分析（PV-6）