鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)工藝開發(fā)技術(shù)報告-wenkub
2023-06-16 01:19:42 本頁面
【正文】 料指標(biāo)單位理想值極限值可接受范圍粒度（D50）真密度振實密度灰分比表面積D002首次放電容量首次放電效率μmg/cm3g/cm3% m2/gnmmAh/g% 15~20≥≥≤≤≤≥330/350≥95253729710~25~~~~~315~36092~97（見表1—3）表1—3 鋰離子電池對炭負(fù)極材料的要求鋰離子電池炭負(fù)極材料負(fù)極材料性能指標(biāo)高能量密度高的電容量、高的壓實密度石墨化度高、振實密度高、高壓縮性長壽命晶體結(jié)構(gòu)反復(fù)充放不碎、 薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定石墨化度、比表面積、灰分正極利用率高不可逆容量損失低首次放電效率高使用安全衰減慢首次放電效率高薄膜加工性好粒徑分布、表面性質(zhì)粒度分布、振實密度 炭負(fù)極材料評價決定炭負(fù)極材料優(yōu)劣的因素主要有三個方面。天然石墨由于是碳在極端的地理環(huán)境之下經(jīng)過若干萬年形成的，一般具有較高的石墨化度。但能真正作為商品化使用的到目前為止還只是炭材料，初期主要有石墨類和焦炭類兩類，目前負(fù)極材料的使用基本上是以石墨類材料為主，只不過是有天然石墨和人造石墨之分。鋰離子電池的工作電壓與構(gòu)成電極的鋰離子嵌入化合物和鋰離子濃度有關(guān)，目前，用作鋰離子電池的正極材料是過渡金屬和錳的離子嵌入化合物。正負(fù)電極由電解質(zhì)分隔開，電解質(zhì)一般為有機(jī)碳酸脂溶劑中的鋰鹽（LiPF6），電解質(zhì)溶液浸泡于微孔聚合物膜中。 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)鋰離子電池一般采用薄膜電極，電極活性物質(zhì)涂覆于金屬箔集流器上，每層厚度約為100微米。負(fù)極中，碳材料與黏合劑、助劑合用，涂覆于銅箔集流器上。 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。負(fù)極材料是鋰離子嵌入碳化合物，常用的碳材料有石油焦和石墨等。炭材料主要是指以碳元素為基本構(gòu)成的固體材料，石墨全部是由碳元素構(gòu)成的，因此石墨材料是炭材料的一種，所以石墨是從晶體結(jié)構(gòu)上說的。天然石墨有六方形和菱形兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)，在礦物學(xué)上分別對應(yīng)鱗片石墨和土狀石墨，后者也稱微晶石墨。第一方面是材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也稱微晶結(jié)構(gòu)，石墨化度和真密度兩個指標(biāo)與此關(guān)系密切， D002最能反應(yīng)石墨化度。過大的顆粒存在會造成薄膜不平整，嚴(yán)重時會造成短路。因為首次不可逆損失與比表面積存在正相關(guān)。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。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。作為包覆材料，我們選用瀝青作為包覆材料。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(qiáng)度和導(dǎo)電性得到提高。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。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。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(qiáng)，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。瀝青與洗油混合物在不同溫度下試驗數(shù)據(jù)見表3—1所示表3—1 試驗不同溫度下瀝青與洗油混合物的沉淀結(jié)果 沉降溫度上層2/3沉淀下層1/3沉淀上下層沉淀比例180℃1：29150℃1：18120℃1：10按理論QI值計算，沉淀為 1503～6%=～9g按測試QI值計算，沉淀為 150%=從試驗結(jié)果看，沉降效果可以滿足要求，在生產(chǎn)上，可以利用離心法來控制喹啉不溶物的含量，提高軟化點。電機(jī) 混合室 機(jī)座 出料口圖3—2 高速混合機(jī)裝置示意圖 混合工藝確定根據(jù)瀝青的軟化點110℃，初始設(shè)定高速混合機(jī)控制溫度為：140℃；確定混合時間：設(shè)定主料與瀝青的比例92：8，混合出最
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