锂离子电池快充石墨负极材料研究进展

锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本征结构和浓差极化等限制其快充性能的内在因素,总结了通过石墨负极结构设计、化学修饰和表面包覆等策略提升石墨负极快充性能的方法,重点分析了增强石墨负极材料中离子电子传输、降低界面电阻等作用机理,展望了快充石墨负极的发展前景。结合现有研究成果,提出硬碳包覆微晶石墨策略,有望从材料设计层面大幅提升石墨的倍率性能,为高功率、高能量密度的LIBs石墨负极材料设计提供指导。

表面包覆碳层孔隙对石墨负极材料倍率性能的影响

为了研究表面包覆碳层孔隙对石墨负极材料倍率性能的影响,引入少量硼酸,在包覆沥青软化阶段形成硼酸气化逸出效应,再通过碳化工艺在天然石墨尾料表面形成具有一定孔隙的包覆碳层,得到具有不同比例孔隙的石墨负极材料。结果表明,硼酸在材料颗粒表面形成了含有孔隙的碳层,其孔隙类型为介孔和大孔;表面碳层中的介孔比例越高,碳层L_(C)中形成Li^(+)的扩散通道数量越多,Li^(+)的扩散阻抗越低,材料倍率性能及循环性能得以改善。

失效锂离子电池石墨负极回收利用研究进展

新能源汽车产业发展是实现我国“双碳”战略的重要举措.石墨因其高导电率、高容量和高稳定性等优点,成为当前主流的负极材料,其需求量和报废量增长迅速.废石墨负极因含多种金属、黏结剂、电解液等,具有污染性和资源性双重特点,其高效清洁回收利用成为人们研究的热点与重点问题.首先介绍了全球石墨矿产资源分布及其消费结构,表明我国石墨资源较为丰富(约占全球15.7%),但产量与消费量全球第一,分别达到65.4%和86.6%,且电池负极消费比重日益增长.为提高石墨负极利用水平,系统综述了石墨负极回收利用研究进展,阐述了石墨负极的再生方法,包括物理法、湿法浸出、火法及其他方法.为进一步提高再生石墨负极的电化学性能,改性技术(如元素掺杂、碳包覆、复合等方法)也受到人们的广泛关注.此外,还概括了石墨负极合成的其他新型功能材料,如石墨烯及氧化石墨烯、电容器、吸附剂和催化剂等,为石墨负极高值利用提供了新的选择.最后,总结了负极石墨材料回收利用的技术瓶颈和面临的挑战,为其绿色高效循环利用提供了研究思路和发展方向.

锂离子电池长循环石墨负极研究进展

锂离子电池在交通和消费电子领域应用广泛,但使用时存在负极活性物质损失导致容量衰减的问题。从锂沉积、固体电解质相界面(SEI)膜和结构变化等角度,阐释锂离子电池石墨负极容量衰减的机理。从材料表面改性、材料结构调控、添加剂和碳材料等出发,综述长循环石墨负极的研究进展,尤其是表面改性的优势。指出长循环石墨负极的发展趋势。

锂离子电池石墨负极失效及其先进表征方法

在便携式设备和电动汽车发展日益受到关注的背景下,锂离子电池凭借其能量密度高、循环寿命长、自放电小等优点成为了大规模应用的商业电池。然而,锂离子电池在使用的过程中存在析锂、短路、热故障以及产气等多种失效形式,造成了锂离子电池容量衰减、电池膨胀、热失控等。因此,揭示电池失效原因对高安全长寿命锂离子电池进一步发展有着巨大的推进作用。本文针对锂离子电池中应用较为普遍的石墨负极,阐述了石墨负极在析锂、高低温、过充等条件下的失效机制,并重点介绍了对于不同失效机制下的先进表征方法,其通过石墨的结构、脱嵌锂时的相变、石墨表面的形貌、负极所释放的热量和反应所产生的气体等多种途径进行分析,总结出四种失效原因主要影响了石墨层间距、石墨脱嵌锂时的相变、活性锂的损耗,另外还会有界面膜生成以及一系列副反应等失效机制。最后,本文归纳了针对各种失效原因的表征方法并进行了分类,同时展望了对于电池失效分析的规范化和标准化,对未来的电池失效分析研究有一定的推动作用。

退役石墨负极粉除杂及修复再生研究进展

动力电池的服役年限通常为5~8年,达到使用寿命后需进行循环再生。退役电池中富含大量的能源金属和战略元素;其中,负极石墨属于战略矿产元素,在锂离子电池中质量占比达12%~21%,如若不进行妥善处理将造成资源浪费并对环境治理造成压力。本文通过对近期相关文献进行分析,从退役石墨失效机制、除杂方法及修复再生等环节归纳了退役石墨负极粉再利用研究进展。首先从SEI增厚失效、表面枝晶、活性颗粒破裂、集流体腐蚀四个方面系统分析了退役石墨失效机制;其次重点介绍了退役石墨杂质元素高效脱出方法,包括酸碱处理法、低共溶剂浸出法、电解法等;最后从碳材料包覆修复、金属氧化物包覆修复及表面人工界面膜构筑等方面着重阐述了退役石墨修复再利用策略;并对退役石墨发展方向和应用前景进行展望,提出未来退役石墨再生将朝着高值化、低能耗、可持续的方向发展。本文有望为退役动力电池石墨负极资源化利用构筑坚实的理论基础并提供极具价值的选择依据。

废锂离子电池石墨负极综合回收利用研究进展

综述了废锂离子电池石墨负极的综合回收利用技术,包括湿法、火法-湿法联合以及物理法回收工艺,并对各工艺的优缺点进行了深入分析。特别指出,尽管目前存在多种回收技术,但高效、环保的闭环回收工艺仍面临挑战。探讨了废石墨负极材料的资源化再利用途径,如作为二次电池负极材料、制备石墨烯等,并对未来研究方向进行了展望,旨在为废锂离子电池石墨负极的高值化利用提供理论支持和技术支持。建议未来的研究关注开发简单、高效、清洁的闭环回收工艺,提高石墨负极材料的回收率和纯度,同时减少环境污染。未来研究的热点应包括石墨负极材料的晶格重构修复技术,以及探索石墨负极材料在储能材料、催化剂、吸附剂等领域的新应用。

锂离子电池用石墨负极材料制备与改性

使用天然石墨粉、沥青粉作为原料,以酚醛树脂对内核进行包覆,制备了一种改性石墨负极材料。利用激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对样品的结构、形态进行表征,结果表明制备的天然石墨表面被酚醛树脂包覆,且膜层包覆效果很好,石墨晶型结构更好,结晶度更高。所得改性石墨负极材料的D50约为11.9μm,其粒径分布峰尖而窄,颗粒分布良好。采用该负极材料制备了扣式电池并测试其电性能和循环充放电性能,首次放电比容量和库伦效率分别为768 m Ah/g和64.06%,循环30圈充放电过程中,扣式电池的放电都很平稳,可以有效地供给用电器平稳的电流,具有稳定的综合电化学性能。

焦原料类型对人造石墨负极性能的影响

通过采用不同类型焦原料制备人造石墨负极材料,研究了原料技术指标、负极材料技术指标、扣电电化学性能和全电电化学性能之间关系。研究表明,各向同性焦制备的负极材料各向同性程度最高,倍率性能和循环性能较优,但比容量和压实密度较低;中间相沥青焦制备的负极材料各向同性程度较低,比容量和压实密度较高,缺点是倍率性能较差;石油焦制备的负极材料,性能介于两者之间。分析认为,如果采用中间相沥青焦制备石墨负极AG350,可针对颗粒结构和表面包覆进行优化,通过改善倍率性能和循环性能,满足动力电池兼顾能量密度、快充性能和循环性能的需求。

石墨负极电化学扫描循环过程的EIS、Raman光谱和XRD研究

运用电化学阻抗谱（EIS）、Raman光谱和XRD研究了石墨负极在1mol／L LiPF6-EC：DEC：DMC电解液中的电化学循环扫描过程．EIS研究结果表明，在电化学循环扫描4～10周范围内，SEI膜（固体电解质相界面膜）电阻随循环扫描周数增加近似线性增长，但石墨负极／电解液界面总阻抗由于电荷传递电阻的降低而减小．Raman光谱研究结果表明，在经历电化学循环扫描后，活性材料表层发生粉化和无定形化，石墨化程度降低；但XRD研究结果显示，石墨材料的本体结构没有发生变化，仍然保持着完整的石墨层状结构．

粘结剂对石墨负极性能的影响

研究了水溶性粘结剂F-103和油性粘结剂P（VDF-HFP）对锂离子电池石墨负极电化学性能和表面SEI膜成膜机理的影响。循环伏安的结果表明：在1mol／L LiPF6／EC＋DEC＋DMC电解液中，油性粘结剂石墨负极的电化学性能较好。电化学阻抗谱的结果表明：水溶性粘结剂石墨负极和油性粘结剂石墨负极表面SEI膜的成膜电位分别为1．00-0．60V和0．80～0．55V。油性粘结剂石墨负极表面SEI膜的稳定性较好。

海藻酸钠水性粘结剂对石墨负极电化学性能的影响

应用循环伏安、恒电流充放电等电化学方法以及利用扫描电镜对循环后的电极进行分析,研究海藻酸钠水性粘结剂对石墨负极电化学嵌脱锂性质行为的影响。结果表明,海藻酸钠对石墨电极的初始充放电容量、库仑效率、倍率充放电性质以及电化学循环性能均有一定的影响。水性粘结剂对改善石墨电极的嵌脱锂循环方面具有较大的发展前景。

表面镀膜对锂离子电池石墨负极电化学性能的影响

为了提高锂离子电池石墨负极的电化学性能,采用镀膜法对极片进行表面处理。结果表明:镀层TiN的存在减少了电极在首次充放电过程中形成的SEI膜的量,从而减少了活性物质和电解液的损失,提高了电池的充放电容量10%左右;TiN与SEI膜在电极表面共同形成的钝化膜要优于单纯的SEI膜,前者更有利于电池可逆容量和充放电效率的提高。

石墨负极表面聚合物功能保护膜对锂离子电池存储寿命的提升

采用溶液浸渍法制备了聚乙烯醇(PVA)均匀包覆的石墨并研究了其微观形貌及电化学性能.以LiNi0. 8Co0. 15Al0. 05O2(NCA)为正极材料、PVA包覆石墨为负极材料组装成软包电池和钢壳电池,研究了PVA功能保护膜对全电池的电化学性能和存储寿命的影响.结果表明,存储过程中PVA功能保护膜可以有效抑制电解液和石墨内嵌锂反应的发生,延长电池的存储寿命.

粘结剂和集流体对石墨负极电化学性能的影响

本文以比容量作为主要衡量标准,对粘结剂和集流体与石墨负极电化学性能的关系进行了研究。结果表明:以聚四氟乙烯(PTFE)乳液为粘结剂时,采用碾压法成型的石墨负极在PTFE的配比为5％时的比容量最高。其前三次循环的平均比容量可高达452mAh/g。采用涂布法成型时,石墨电极采用N—甲基吡咯烷酮比用二甲基乙酰胺作粘结剂聚偏氟乙烯的溶剂的比容量更高。其前10次循环的平均比容量达到183mAh/g。另外,本文还探讨了五种不同集流体对石墨负极比容量的影响,发现铜箔优于铜网,不锈钢网优于其他金属网。

NaBF_4对锂离子电池石墨负极性能的影响

利用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗、SEM、EDS等测试技术研究了在锂离子电池石墨负极和浆过程中加入NaBF4对其电化学性能的影响。结果表明:NaBF4的最佳添加量为2%,可明显提高石墨电极的首次放电比容量和充放电效率;电极的自放电性能和循环稳定性得到明显改善。室温条件下,添加了2%NaBF4的电极以放电容量计算的自放电率为0.87%.d-1,比未添加时降低了15%;循环伏安、EDS以及SEM测试结果表明,四氟硼酸钠参与了石墨电极的成膜过程,改变了SEI膜的组分和形貌。

水溶性羧甲基壳聚糖粘结剂在锂离子电池石墨负极中的应用

将水溶性羧甲基壳聚糖(C-Cs)作为石墨负极粘结剂,通过测试首次充放电性能、循环性能和倍率性能以及循环前后形貌的变化,并与聚偏氟乙烯(PVDF)作为石墨负极粘结剂的性能进行了比较。结果表明:使用7%(质量分数)C-Cs粘结剂的石墨负极在0.5C(1C可逆比容量为372 mA·h/g)倍率下循环400个周期后,可逆比容量为312mA·h/g,10C倍率充放电测试下的可逆比容量为252 mA·h/g;经过100次循环之后,使用10%C-Cs粘结剂的石墨负极与使用PVDF为粘结剂的石墨负极相比,其交流阻抗有所降低,有助于电极比容量的提高和循环性能的改善。

PVDF与海藻酸钠黏结剂对石墨负极电化学性能的影响

应用循环伏安和恒电流充、放电等电化学方法,并结合微观测试技术对比了油性黏结剂(PVDF)和水性黏结剂(海藻酸钠)对石墨负极电化学嵌脱锂性能的影响.结果表明,黏结剂的种类对电极的电容、库效率、倍率充、放电性能以及电化学循环性能均有影响.

锂离子电池石墨负极嵌脱锂机理研究

利用循环伏安、交流阻抗等方法考察了石墨电极的嵌脱锂机理.研究结果表明:石墨电极阳极过程的速度控制步骤是锂离子在石墨体相中的扩散步骤,其嵌脱锂过程分别在0.20/0.22 V,0.11/0.14 V,0.08/0.10 V(vs.Li/Li+)处存在3个明显的充放电平台,每个平台为1个两相共存区,可能分别对应3个锂石墨层间化合物的相变过程:LiG2(八阶)LiC36(四阶);LiC36(四阶)LiC12(二阶);LiC12(二阶)LiC6(一阶).

萜烯树脂/羧甲基纤维素复合水系粘结剂用于锂离子电池石墨负极（英文）

萜烯是一类广泛存在于植物和海洋生物体内的天然碳氢化合物,萜烯树脂(TR)经乳化得到萜烯树脂乳液(ATRE)。本文采用ATRE/羧甲基纤维素(CMC)作为锂离子电池石墨负极粘结剂。差示扫描量热(DSC)测试表明ATRE/CMC能够混溶。优化TR/CMC比例,发现采用TR/CMC(3∶2,质量比)粘结剂制备的石墨电极在比容量和倍率性能优于目前商用丁苯橡胶(SBR)/CMC粘结剂。