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鋰離子動力鋰電池負極材料-軟碳材料的一些性能研究

鉅大LARGE  |  點擊量:1021次  |  2020年08月12日  

隨著動力鋰電池能量密度的不斷提升,關于整體性能的要求也不斷提高,尤其是在不犧牲循環性能的情況下,要提升其大倍率充放電性能,這就對負極的材料體系提出了一定的技術要求。現有負極體系重要有人造石墨、天然石墨、改性石墨以及軟硬碳材料等等,各自都有其應用的場景和范圍,這次就簡單討論一下軟碳材料的一些基本測試性能吧。


從上述曲線和表格中可以看出,MCMB無論是在克容量發揮,還是首次充放電效率上都具有明顯的優勢,而且在充放電時具有明顯的平臺,而軟碳材料似乎在克容量以及首次效率上并不占有明顯優勢,而且充放電布不具有明顯的平臺,似乎并沒有特別的優勢,還要結合其他性能綜合分析一下。


將兩種材料按照相同的工藝配方組裝成大電池進行充放電倍率測試,可以看出,在放電倍率時,軟碳似乎也不占優勢,但是在充電倍率(10C以上時),其優勢就體現出來了,而MCMB的大倍率充電性能則急劇下降。


比較一下二者的形貌,可以看出,MCMB呈球形,顆粒分布也比較均勻,而軟碳則呈片狀,顆粒大小不一。俗話說的好,結構決定性質,軟碳本身屬于無定型碳材料,其層間距是比較大的,因而其大倍率充電性能比較好,但是由于其無定型結構的存在,大量的電解液在成膜時被消耗,所以首次效率和可逆容量也比較低,再來比較一下低溫性能吧。


在-20℃下用同樣的電流充電,可以看出,MCMB電池的恒流容量不足15%,而軟碳材料則可達到80%,關于低溫而言,正常情況下,電解液的黏度變大,電導率降低,極化內阻增大,綜合導致低溫充電能力的降低,若是強行充電,則是會析鋰,造成安全事故。而隨著軟碳材料的引入,將在一定程度上降低了這種風險,使得電動汽車在低溫充電變為了可能。


小結:通過兩種材料的比較,表明軟碳材料在大倍率充電以及低溫充電上是具有一定的優勢,但在容量以及首次效率上還是有著不足之處。在實際使用過程中,建議兩種材料按照一定比例混合使用,可以達到一定的性能指標,或者將軟碳材料在包覆在石墨材料的表面,也能達到一定的效果,但更多的還要在電解液以及正極匹配方面做更多的工作,使得動力鋰電池達到一個更好的性能水平。


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