碳包覆材料在石墨、硅基负极中的作用是什么?

最佳答案 匿名用户编辑于2022/11/23 15:57

碳包覆材料被广泛应用在石墨负极、硅基负极中。

1.石墨负极造粒及碳化环节改性添加

主流人造石墨负极材料制备工艺主要包含预处理、造粒、石墨化、包覆碳化这四个关键步骤,其中包覆材料可以用于造粒和包覆碳化这两个环节。包覆材料在 造粒环节使用的目的是为了减少颗粒表面缺陷,起到整形的作用;而石墨化之后的二次包覆是为了在晶态的人造石墨颗粒表面形成一层无定形碳层,减少石墨 材料的活性端面,从而减少与电解液的副反应,改善石墨与电解液的相容性。包覆工艺会降低负极材料的比表面积,首充可逆容量和循环稳定性都会得到提升。

目前碳包覆材料在负极中的添加比例为5%-15%。其中造粒环节碳包覆材料添加比例约5%-6%,包覆碳化环节并非所有石墨负极企业涉足,随着快充需求的提升, 石墨负极包覆碳化工艺需求也将提升并带动碳包覆材料添加比例进一步提升。

2.提升石墨负极放电容量,循环性能及倍率性能

石墨负极在经过沥青材料包覆后,其放电容量性能表现较不包覆条件下更好,包覆材料软化点越高(品质越高)对石墨负极性能提升越明显。包覆量不同对负极材料性能影响不同,在0.1C倍率条件测试情况下,包覆量15%对首次充电容量提升效果最优,包覆量超过15%后会对石墨性能产生负 面影响;在倍率性能方面,包覆比例添加适当比例亦有增益。

3.用于硅负极提升性能同时抑制硅材料体积膨胀

硅负极主要分为硅碳负极及硅氧负极。碳包覆材料添加于硅负极能够提升循环性能、充放电容量等性能,同时还可有效抑制硅材料体积膨胀问题。 硅碳负极采用使用沥青材料采用固相包覆方式进行碳包覆。  硅氧负极目前采用CVD化学气相沉积方式进行包覆,包覆材料主要为碳源包括甲烷、乙炔等。 目前硅碳负极中碳包覆材料添加比例约为12%-16%;

4.提升硅碳负极放电容量,循环性能

对硅碳负极而言,不包覆的硅粉循环性能很差。经过包覆的材料循环性能得到显著提升。包覆量达到20%时循环性能最佳。硅碳负极下,首周充放电容量在10%碳包覆量时最佳,首周效率在20%碳包覆量时最优。

5.可有效限制硅负极材料体积膨胀问题

新型硅基负极虽然拥有显著的高容量,但其体积膨胀严重的性质会使循环性能大幅下降。 对材料表面进行包覆改性可以有效限制颗粒膨胀,增强结构稳定性,选择合适的包覆工艺能够有效缓解硅基负极体积膨胀带来的材料粉化问题,为其应用奠定 基础。