正(zheng)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)是(shi)鋰離(li)子(zi)(zi)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)涂(tu)敷于(yu)鋁箔,裁剪卷(juan)(juan)繞而成, 而負(fu)(fu)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao), 提(ti)供鋰離(li)子(zi)(zi)鑲(xiang)嵌于(yu)脫嵌的(de)載體(ti), 是(shi)由碳(tan)(tan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)涂(tu)敷于(yu)銅箔,跟正(zheng)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)相互卷(juan)(juan)繞而成, 正(zheng)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)(he)負(fu)(fu)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)中間是(shi)隔膜材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao),我們下篇再講(jiang)。而商(shang)品化的(de)鋰離(li)子(zi)(zi)電池中廣泛(fan)應用的(de)碳(tan)(tan)負(fu)(fu)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)大(da)致可分為三類: 硬(ying)碳(tan)(tan),天然石(shi)墨和(he)(he)人造石(shi)墨。 其中,天然石(shi)墨和(he)(he)人造石(shi)墨占(zhan)比到90%, 是(shi)最主(zhu)要的(de)負(fu)(fu)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao), 負(fu)(fu)極(ji)(ji)材料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)成本(ben)占(zhan)整體(ti)電芯成本(ben)的(de)10%左右(you)。
天然石墨
當前,天然石墨由于其(qi)價格低(di),電勢低(di)且曲線(xian)平穩,可逆容量相對較高(330~350mAh/g), 成為鋰離子電池(chi)(chi)中最有前途的材料之一,主(zhu)要應(ying)用(yong)在3C產品(pin),另外(wai)它也(ye)有兩個缺點: 倍率容量低(di),與PC基的電解質不相容。不適合動(dong)力電池(chi)(chi)的應(ying)用(yong)。
天然石墨倍率低的原因:天然(ran)石(shi)墨的(de)微粒(li)形狀是梭形,石(shi)墨微粒(li)不適(shi)宜的(de)方向(xiang)會導致(zhi)鋰離子(zi)嵌入遲緩,石(shi)墨微粒(li)與銅箔之間的(de)電接觸不充分。 這(zhe)些(xie)因素導致(zhi)石(shi)墨材料的(de)倍率容量低,特別是在(zai)低溫情況下。 為了解決(jue)這(zhe)個問題, 可以用機械研(yan)磨法將(jiang)天然(ran)的(de)石(shi)墨薄(bo)片研(yan)磨成小塊(kuai)。在(zai)這(zhe)種方式下,天然(ran)石(shi)墨薄(bo)片顆(ke)粒(li)中(zhong)的(de)晶體取向(xiang)在(zai)一定程度上被獨立的(de)石(shi)墨碎品扭曲,如下圖所示。
人造石墨
人造(zao)石(shi)墨(mo)有許多性質與天然石(shi)墨(mo)相同。另外,人造(zao)石(shi)墨(mo)有許多顯著的(de)(de)優點,如(ru)純度高(gao),結(jie)構適于Li+順(shun)暢地嵌(qian)入(ru)和脫嵌(qian)等。然而由于需要(yao)高(gao)溫(wen)(>2800C)處理軟碳(tan)(tan)前驅體,它的(de)(de)成本較高(gao), 并且它的(de)(de)可逆容量(liang)略低于天然石(shi)墨(mo)。石(shi)墨(mo)化MCMB,中間相瀝青碳(tan)(tan)纖(xian)維(MCF)和氣相生(sheng)碳(tan)(tan)纖(xian)維(VGCF)是當(dang)今市場上鋰離子電池應用(yong)合成石(shi)墨(mo)負極材料(liao)的(de)(de)典型代(dai)表。
未來趨勢
鋰離子(zi)電池負極將(jiang)向著(zhu)高(gao)能(neng)量(liang)密度、高(gao)倍率(lv)(lv)性(xing)能(neng)、高(gao)循環性(xing)能(neng)等方向發(fa)(fa)展,傳統(tong)的天然石墨或是人造石墨將(jiang)無法滿足,這(zhe)一(yi)切與針對(dui)各類材(cai)料的改(gai)性(xing)研究分不開。未來發(fa)(fa)展將(jiang)主要致力于解決(jue)石墨材(cai)料表面(mian)包(bao)覆蓋性(xing),增加(jia)與電解液的相容性(xing),減少(shao)不可逆容量(liang)、增加(jia)倍率(lv)(lv)性(xing)能(neng)等;