石墨負(fù)極對(duì)鋰離子電池快充性能的影響

文章分析了石墨負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池快充性能的影響機(jī)理，制備了不同焦類原料的一系列石墨負(fù)極材料，對(duì)其進(jìn)行了粒度、偏光以及XRD等測(cè)試，并制成鋰離子電池進(jìn)行倍率充電以及倍率循環(huán)測(cè)試。結(jié)果表明取向性較好的焦類原料制備的石墨材料具有較好的快充性能。用改善后的石墨負(fù)極制作了高能量密度快充鋰離子電池，6C/1倍率循環(huán)測(cè)試300周的容量保持率達(dá)到86%以上。

引言

鋰離子電池自從問(wèn)世以來(lái)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從目前看，鋰離子電池不但普遍應(yīng)用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品中，在車載電源領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了一定的突破；從未來(lái)市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池的需求看快速充電型鋰離子電池將成為鋰離子電池的重要方向。

為了改善石墨負(fù)極材料的快充性能，本文實(shí)驗(yàn)制備了由不同焦類原料制成的一系列石墨負(fù)極材料，對(duì)其進(jìn)行了粒度、偏光以及XRD等測(cè)試，制成鋰離子電池進(jìn)行倍率充電以及倍率循環(huán)測(cè)試。并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。

鋰離子電池快速充電機(jī)理分析以及石墨對(duì)鋰電池快充的影響

以正極鈷酸鋰，負(fù)極石墨為例，鋰離子電池充電時(shí)正負(fù)極的反應(yīng)如下

正極反應(yīng)方程式LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi+xe-

負(fù)極反應(yīng)方程式xLi+xe-+6C→LixC6

鋰離子電池在充電時(shí)，鈷酸鋰的部分Li+脫離晶格進(jìn)入電解液，然后遷移到負(fù)極活性物質(zhì)碳的晶格之中（嵌入），生成LixC化合物。

在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，鋰離子在電場(chǎng)和濃度梯度的作用下從正極遷移、擴(kuò)散到負(fù)極，經(jīng)歷了在溶液中的液相擴(kuò)散、在石墨表面的電化學(xué)反應(yīng)以及在石墨中的固相擴(kuò)散。

而鋰在石墨內(nèi)部的固相擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)較?。ㄍǔＧ闆r下只有約為10-10cm2.s-1），這使鋰在石墨內(nèi)部的固相擴(kuò)散容易成為整個(gè)電極反應(yīng)的控制步驟。因此，改進(jìn)石墨材料，提高鋰在石墨中的固相擴(kuò)散，能夠有效降低電池的極化與析鋰的風(fēng)險(xiǎn)，提升鋰離子電池的快充性能。

石墨的制備

不同焦類原料人造石墨的制備分別選取不同焦類原料a，b，c，經(jīng)過(guò)粉粹、過(guò)篩處理后，在2800℃溫度下進(jìn)行高溫石墨化處理，升溫速度15℃/min，恒溫時(shí)間5h，高溫處理后的材料過(guò)篩250目篩網(wǎng)，得到人造石墨A、B、C。不同人造石墨材料的理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

扣電組裝

取CR2016型號(hào)扣式電池殼，在正極殼中滴加電解液，再依次放入負(fù)極片、隔膜（在負(fù)極片、隔膜上分別滴加電解液）、處理好的鋰片，泡沫鎳、不銹鋼片，蓋上負(fù)極殼將電池封口，制成CR2016型號(hào)扣式電池。

全電池組裝

將質(zhì)量比為96.51.52的鈷酸鋰、PVDF、導(dǎo)電劑碳黑SuperP與溶劑NMP混勻后，涂覆在16μm厚的鋁箔上；將質(zhì)量比為9631的人造石墨、粘結(jié)劑（羧甲基纖維素鈉CMC、丁苯橡膠SBR=11）和導(dǎo)電劑碳黑SuperP與溶劑去離子水混勻后，涂覆在10μm厚的銅箔上。涂覆好的正、負(fù)極片經(jīng)制片、卷繞、干燥、注液、封口及化成、分容等工序，制成554065型軟包鋰離子電池。

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