聚合物鋰電池負(fù)極材料:石墨和碳負(fù)極材料的研究
聚合物鋰電池負(fù)極材料:石墨和碳負(fù)極材料的研究。進(jìn)幾年以來,在國家政策的推動(dòng)下,新能源汽車的快速發(fā)展,國內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)也大幅擴(kuò)產(chǎn),鋰電池負(fù)極材料的需求大增。碳基負(fù)極材料具有原料豐富、成本低廉、可逆容量較大及倍率性能良好等優(yōu)點(diǎn),備受國內(nèi)外專家、學(xué)者的關(guān)注。本篇文章就來討論石墨類材料和碳負(fù)極材料的研究。
石墨和碳負(fù)極材料的研究
國內(nèi)現(xiàn)有負(fù)極產(chǎn)品主要為碳材料和非碳材料,其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無定型碳材料,石墨類碳材料應(yīng)用比較多的是天然石墨和人造石墨;而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料,其中硅基材料和鈦基材料在市場上有少量應(yīng)用。
迄今已研究過的碳負(fù)極材料有石墨化碳和非石墨化碳。其中,石墨以充放電電壓平臺(tái)低、循環(huán)穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是目前聚合物鋰電池應(yīng)用中較為理想的負(fù)極材料。目前天然石墨的改性研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,并已有商業(yè)化應(yīng)用。
石墨類材料
石墨是層狀晶體,由無數(shù)石墨片層在范德華力作用下堆疊形成。石墨含有兩個(gè)不同表面,層與層之間的平面為基面,與基面垂直的表面為棱面,棱面又包括之字形面和搖椅面,棱面表面通常存在含氧的官能團(tuán)。
石墨類材料本身的包覆狀態(tài)也會(huì)影響負(fù)極的性能,一般會(huì)包覆一些無定型的碳材料,從而改善負(fù)極的界面阻抗,改善低溫以及循環(huán)性能。而隨著電池能量密度的提升,石墨負(fù)極的容量利用率也逐漸接近理論值,同時(shí)壓實(shí)也會(huì)越來越高,這就要求石墨負(fù)極的穩(wěn)定性也要隨之提高,目前而言,摻雜和包覆仍然是處理的一個(gè)主流手段,改性以后可以使石墨負(fù)極在循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)以及表面狀態(tài)得到保護(hù),增強(qiáng)了循環(huán)的穩(wěn)定性。
碳負(fù)極材料
炭素材料的種類繁多,其結(jié)晶形式有金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管等,聚合物鋰電池的碳負(fù)極最先商業(yè)化應(yīng)用的是非石墨化炭材料,1993-1994年松下電池工業(yè)公司和三洋電機(jī)公司進(jìn)人市場后采用了容量更高的石墨化炭材料,從此兩大類碳材料的競爭也山此展開。
兩類碳負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用情況雖然沒有準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),但有專家估計(jì)目前市售的聚合物鋰電池中有75%以上的負(fù)極材料采用的是石墨類碳負(fù)極材料。雖然目前有很多具有發(fā)展前景的非碳類負(fù)極有可能應(yīng)用于聚合物鋰電池領(lǐng)域,但他們?nèi)詫⒚媾R很多的挑戰(zhàn),因此今后在很長一段時(shí)間內(nèi),聚合物鋰電池容量的提高仍將依賴于碳負(fù)極材材料的發(fā)展和完善。
目前,全球負(fù)極市場已趨于穩(wěn)定,需求量每年穩(wěn)步增長,但是成本價(jià)格上升、負(fù)極企業(yè)增多、行業(yè)競爭加劇等導(dǎo)致了行業(yè)整體利潤被壓縮,預(yù)計(jì)在今后的幾年里全球負(fù)極材料產(chǎn)量增速會(huì)逐漸放緩,新材料、新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將是行業(yè)突破瓶頸的關(guān)鍵。
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