作為鋰離子電池四大主材之一的負極材料,其比容量以及工作電壓直接決定著電池的能量密度和工作電壓,雖然硅材料開始逐步走向產業化,但目前的主流負極材料仍然是石墨類負極材料,其在反應過程中具有較低的嵌鋰電位,同時生成的插鋰層間化合物代替金屬鋰負極,從而避免了金屬鋰枝晶的沉積,因此安全性得以顯著提高。而作為鋰電四大主材的最后一個主題,將通過對石墨類材料的基礎知識、生產工藝、測試方法、失效模式分析等幾個方面對其有一個系統的、直觀的認識,對石墨類材料的基礎知識做一個簡單的介紹。
石墨類材料主要分為人造石墨和天然石墨,人造石墨又會根據加工工藝的不同分為MCMB(中間相碳微球)、軟碳和硬碳等,理想的石墨具有層狀結構,每個平面類似于苯環,層面之間通過大π鍵連接;具有2H型六方晶系以及3R型菱面體晶系。
對于理想的石墨而言,其理論容量為372mAh/g,但在實際電池設計過程中,一般負極會過量5%-10%,同時在首次充電過程中形成SEI膜對負極表面形成保護,阻止電解液和負極的進一步反應,而這層膜的好壞將直接影響電池的各項性能。
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