鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)工藝開發(fā)技術(shù)報告-文庫吧
2025-05-17 01:19 本頁面
【正文】 應(yīng)石墨化度。材料的微晶結(jié)構(gòu)是決定材料性能的基礎(chǔ)和前提，這也就是我們要精心挑選原料和精心控制原料質(zhì)量的原因所在。第二個方面是粒度分布。粒徑分布與電芯的體積能量密度關(guān)系很大，適當(dāng)?shù)牧酱笮∨c分布可以提高負(fù)極薄膜的壓實密度。過大的顆粒存在會造成薄膜不平整，嚴(yán)重時會造成短路。第三個方面是顆粒表面形態(tài)。僅僅通過粉碎和分級是無法獲得好的負(fù)極材料的。~ m2/g，對于負(fù)極材料來說，這個數(shù)值過大。因為首次不可逆損失與比表面積存在正相關(guān)。所謂加工性負(fù)極材料就是通過表面處理降低材料的比表面積。3 開發(fā)目的目前，鋰離子電池作為二次電池產(chǎn)品，是21世紀(jì)最新高科技新型電池產(chǎn)品，他不僅對信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有至關(guān)重要的作用，而且能廣泛應(yīng)用在為其他科技產(chǎn)品提供先進(jìn)的儲電池能源，所以它具有廣闊的市場生命力和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。而決定鋰離子電池質(zhì)量性能是負(fù)極材料生產(chǎn)制造技術(shù)，針對現(xiàn)有產(chǎn)品工藝缺陷，經(jīng)過調(diào)研，我們計劃開發(fā)新的負(fù)極材料生產(chǎn)工藝，在降低成本的同時，還在很大程度上提高負(fù)極產(chǎn)品的品質(zhì)，從而促進(jìn)鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展。一、 研制方法1 包覆原料制取石墨類碳材料的插鋰特性是：①插鋰電位低且平坦，可為鋰離子電池提供高的平穩(wěn)的工作電壓?！╲s Li+/Li）；②插鋰容量高。③與有機溶劑相溶能力差，易發(fā)生溶劑共插入，降低插鋰性能。由于石墨間距（d002≤）小于鋰層間化合物L(fēng)iGIC的晶面層間距（d002≤）致使在充放電過程中，石墨層間距改變，易造成石墨層剝落、粉化，還會發(fā)生鋰與有機溶劑共同嵌入石墨層及有機溶劑分解，將影響電池循環(huán)性能。通過石墨改性，如在石墨表面包覆聚合物熱解炭，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合石墨，可以改善石墨的充放電性能，提高比容量，使之制成的電池具有良好的充放電性能和循環(huán)性能。包覆石墨既保持了石墨的放電電壓平臺及較高的嵌鋰容量的優(yōu)點，又改進(jìn)了石墨與電解質(zhì)的相容性和大電流充放電性能。這是因為在有序化程度很高的石墨外包覆了一層無序的炭，有利于防止充電時石墨膨脹引起的石墨層間脫落。 包覆劑的研究在已有技術(shù)中作包覆材料的有煤瀝青、煤焦油及各種有機樹脂。作為包覆材料，我們選用瀝青作為包覆材料。瀝青經(jīng)過交聯(lián)固化形成的多芳環(huán)結(jié)構(gòu)化合物與石墨結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)相似，結(jié)合力強，提高了負(fù)極材料與電解液的相溶性，防止了溶劑的共嵌入，分解和石墨結(jié)構(gòu)剝離。具有很高的可逆電化學(xué)容量，提高了負(fù)極材料的首次充放效率和循環(huán)穩(wěn)定性。瀝青產(chǎn)品主要有五類，即普通瀝青、道路瀝青、建筑瀝青、專用瀝青和其它瀝青，由石油煉制過程所得的瀝青占絕大多數(shù)。瀝青的質(zhì)量指標(biāo)有軟化點、甲苯不溶物、灰分、水分、揮發(fā)分、喹啉不溶物，其中軟化點是表示瀝青開始顯示流動性的溫度，高軟化點的瀝青，揮發(fā)分少，黏結(jié)性好，成焦率高，致使產(chǎn)品的燒結(jié)強度和導(dǎo)電性得到提高。喹啉不溶物（QI）是瀝青中不溶于喹啉的殘留物，QI又可分為一次QI（原生QI）和二次QI（次生QI）。瀝青的QI過高，致使瀝青的流動性降低?！?， %。用高軟化點和QI含量低的瀝青進(jìn)行包覆，可以提高包覆效果及核殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。洗油主要由喹啉及其同系物、吲哚及其同系物組成，性質(zhì)類似喹啉，可利用洗油的這種性質(zhì)，除去瀝青中的一些喹啉不溶物，從而降低QI值，提高瀝青的軟化點。2表面修飾包覆劑確定后，需要將再加工的瀝青均勻地包覆在石墨顆粒的表層，已有的技術(shù)中實現(xiàn)表面修飾有兩種方式：一種是用低速液相攪拌器，將瀝青、石墨和溶劑混合攪拌，利用溶劑作載體，實現(xiàn)均勻包覆的目的；另一種是包覆物和被包覆物在固相狀態(tài)下進(jìn)行混合，混合在低速的螺旋混合器中進(jìn)行。為了簡化生產(chǎn)工藝，提高包覆效果，現(xiàn)采用高速混合機，在包覆材料熔融的150～350℃的臨界狀態(tài)下進(jìn)行包覆，以期達(dá)到簡化工藝、提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。3 固化及炭化處理在實現(xiàn)物理包覆后，需要進(jìn)行熱處理使包覆材料進(jìn)行聚合反應(yīng)和炭化反應(yīng)，這樣包覆材料才能固化在被包覆材料表面上。在已有技術(shù)中實現(xiàn)包覆材料固化主要有兩種方法。一種是炭化爐中進(jìn)行靜態(tài)炭化反應(yīng)，另一種是釜式反應(yīng)器中進(jìn)行固化反應(yīng)。在本工藝中所需要的反應(yīng)是在管式反應(yīng)器中實現(xiàn)的，實現(xiàn)了在動態(tài)狀況下的連續(xù)生產(chǎn)。經(jīng)炭化的產(chǎn)品在石墨化高溫處理后，導(dǎo)電性能進(jìn)一步增強，最終產(chǎn)品可以滿足鋰離子電池對炭負(fù)極高的電容量、高的壓實密度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不可逆容量損失低、衰減慢、合理的粒徑分布和表面性質(zhì)等要求。二、 試驗方法及數(shù)據(jù)分析1 包覆劑的制備利用焦油中油與喹啉類似的化學(xué)性質(zhì)對瀝青的溶解能力，利用離心設(shè)備去除瀝青中的喹啉不溶物。在實驗室中，
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