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动力电池负极材料的展望

天然石墨VS人造石墨动力电池负极材料的展望


锂离子电池的能量密度很大程度上取决于负极材料。从商业化到现在,锂离子电池最成熟的负极材料是石墨。


与其他碳材料相比,石墨材料具有电子导电性高、锂离子扩散系数大、锂插入容量大、锂插入电位低的优点。此外,石墨材料来源广泛,价格低廉。它们是较早使用的负极材料,也是目前锂离子电池的主流负极材料。


石墨材料主要分为人造石墨和天然石墨


2018年,天然石墨和人造石墨的总渗透率约为93%,其中人造石墨占69%,天然石墨占24%,其他石墨占7%。

电池石墨

天然石墨主要分为非晶态石墨和片状石墨。


非晶石墨纯度低,石墨晶面间距为0.336 nm。它主要是一种六面体石墨晶体平面有序结构,即石墨层按ABAB…,各晶间取向呈各向异性。然而,微晶颗粒经过加工后,彼此之间有一定的相互作用,形成的块状或粒状颗粒具有各向同性。


片状石墨结晶度高,片层结构统一,具有明显的各向异性。这种结构决定了在锂的插入和提取过程中,石墨的体积发生较大变化,导致石墨层结构的破坏,从而造成较大的不可逆容量损失,循环性能急剧恶化。


鳞片石墨作为锂离子电池的负极石墨,首次存在不可逆容量大、循环性能差、大电流充放电性能差等缺点。因此,在使用中,往往注重对天然石墨进行改性,以改善自身结构缺陷,提高电池性能。


人造石墨主要分为MCMB、软碳、硬碳根据加工工艺的不同而不同。

电池用人造石墨MCMB

人工石墨阳极材料是将针焦、石油焦、沥青焦等原料在一定温度下煅烧,然后粉碎、分级、高温石墨化而成。其高结晶度是通过高温石墨化形成的。


随着全球动力电池市场的爆发,对材料成本、加工性能、能量密度、循环寿命、快速充电率等因素的综合要求都有所提高,人工石墨逐渐成为锂电池负极材料的首选。


随着动力电池市场的不断扩大,人造石墨已成为我国负极材料中最重要的材料。预计到2025年,我国对人造石墨的需求量将达到26.5万吨。

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