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鋰離子電池負極材料生產工藝開發技術報告(已修改)

2026-06-08 01:19 本頁面

　

【正文】鋰離子電池負極材料生產工藝開發技術報告一、前言1 鋰離子電池介紹鋰離子電池是能夠反復充放電使用的二次電池，二次電池也叫蓄電池，鋰離子電池由于工作原理的原因，也稱搖椅式電池。鋰離子電池的結構鋰離子電池一般采用薄膜電極，電極活性物質涂覆于金屬箔集流器上，每層厚度約為100微米。負極中，碳材料與黏合劑、助劑合用，涂覆于銅箔集流器上。正極由鋰—金屬氧化物，通常為鈷酸鋰（LiCoCO3）與碳墨或石墨的混合物組成，碳墨或石墨作為導電助劑和黏合劑。銅箔常用作正集的集流器。正負電極由電解質分隔開，電解質一般為有機碳酸脂溶劑中的鋰鹽（LiPF6），電解質溶液浸泡于微孔聚合物膜中。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，正負電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時，Li+從正極脫炭經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰態，正極處于貧鋰態，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡。放電時則相反，Li+從負極脫嵌，經過電解質嵌入正極，正極處于富鋰態，在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構的氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層面間距變化，不破壞晶體結構，在充放電過程中，負極材料的化學結構基本不變。鋰離子電池的工作電壓與構成電極的鋰離子嵌入化合物和鋰離子濃度有關，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。負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。國內外已商品化的鋰離子電池正極是LiCoO2，負極是層狀石墨。2 炭負極材料從理論上講，具有鋰離子嵌入和脫嵌功能的不只是炭材料，好多金屬氧化物和硅錫一類的材料都可以作為負極材料使用。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。炭材料主要是指以碳元素為基本構成的固體材料，石墨全部是由碳元素構成的，因此石墨材料是炭材料的一種，所以石墨是從晶體結構上說的。在實際應用上，炭負極材料基本上是指石墨材料。前面講，石墨材料有天然石墨和人造石墨之分。天然石墨由于是碳在極端的地理環境之下經過若干萬年形成的，一般具有較高的石墨化度。天然石墨有六方形和菱形兩種不同的晶體結構，在礦物學上分別對應鱗片石墨和土狀石墨，后者也稱微晶石墨。人造石墨一般是人造炭素材料經高溫石墨化得到的，只有氣相生長炭纖維和熱解炭具有較高的石墨化度而沒有經過較高的石墨化溫度。炭負極材料從來源講可以區分為兩類，加工性的負極材料，另一類是合成性的負極材料，具體情況見表1—1加工性負極材料與合成性負極材料的比較。表1—1 加工性負極材料與合成性負極材料的比較比較內容合成性負極材料加工性負極材料原料瀝青、芳烴石墨塊、樹脂工藝關鍵聚合、分離表面處理主要特點形態好非球型，形態較差原料便宜對原料有嚴格限制質量穩定原料外購、質量不穩工藝復雜、投資大工藝簡單、投資小循環性好電容量高成本高成本較低綜合評價成熟產品、性價比低較成熟產品、性價比高（見表12）表1—2 炭負極材料指標控制說明炭負極材料指標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 鋰離子電池對炭負極材料的要求鋰離子電池炭負極材料負極材料性能指標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構反復充放不碎、薄膜結構穩定石墨化度、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、表面性質粒度分布、振實密度炭負極材料評價決定炭負極材料優劣的因素主要有三個方面。第一方面是材料的內部結構，也稱微晶結構，石墨化度和真密度兩個指標與此關系密切， D002最能反

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