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快充软碳、硬碳的材料

发表时间:2024-02-28 13:37

2、快充软碳、硬碳的材料

软碳:俗称易石墨化碳材料,在2000℃以下可石墨化的无定形碳材料,结晶度低,层间距大,可逆比容量高,与电解液兼容性好,使用软碳负极材料进行锂电池生产加工,可更好的稳定内部的循环性能;但首次放电不可逆容量高,输出电压较低,无明显电压平台,可通过石油焦、针状焦烧结而成;

硬碳:俗称难石墨化碳材料,在3000℃以上也难以石墨化,一般树脂碳材料、乙炔黑等物质,其层间距合适。硬碳纯碳负极材料内部为高度无序的碳层结构,在内部产生了大量的缺陷,为Li+提供了众多的嵌入点,可以实现Li+的快速嵌入,因此硬碳的材料的容量要高于石墨,通常可达400mAh/g以上,利于锂电池容量和倍率的提高。在充放电过程中无明显膨胀,具有很好的充放电性能,在日本已经得到了广泛应用。

软碳和硬碳

(1):存在问题

硬碳材料存在密度小(真密度为1.6g/cm3,石墨为2.2g/cm3)、电压曲线斜率大和库伦效率低等问题,导致锂离子电池在首次充电的过程中产生较大的不可逆容量,严重影响锂离子电池能量密度的提升,此外硬碳材料较低的压实密度低也不利于电池体积能量密度的提升,因此硬碳材料并不适合单独作为负极材料使用。

(2):快充特性

硬碳材料内部为较大的层间距和随机排列的晶体结构,Li+在硬碳中的扩散系数显著高于石墨材料,适合作为快充和功率型电池的负极材料。且,其具有很高的锂插入潜力,材料中具有微孔,且与电解液兼容性好,因此反应动力学性能良好,有很多优势:高倍率、高安全、长寿命、耐低温的特性等。但是硬碳和软碳材料通常效率低且成本高。能量密度比较低、首次效率比较低。

策略:采用表面的修饰,减少负反应,提升首校;同时要进行掺杂,提高储量的容量,提升能量密度。软碳的通常情况下可以达到300mAh/g以上,效率84%,硬碳和软碳,作为快充材料,电压平台更利于快速的嵌入,不容易析锂,安全性能更好。有数据显示:在10C充电的时候,6分钟能充93.0%,硬碳是93.0的SOC,软碳是90.7%,而且电压上升是很平缓的,不像石墨很陡。


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