为什么需要负极包覆?

最佳答案 匿名用户编辑于2023/01/18 16:13

我来简单回答一下需要负极包覆的原因。

石墨是一种呈层状结构的晶体,由于石墨层间结合力较小,层间距较大, 锂离子能够嵌入石墨层间而形成石墨层间化合物,但存在以下不利方面:

1)在充放电过程中,有机电解液容易进入石墨层间,不仅容易造成石墨 层的剥离,而且由于电解液占据了 Li+的嵌锂活性位点,也影响其充放电 容量;

2)石墨层间是以范德华力结合的,在锂离子嵌入和脱出过程中,石墨结 构会反复变化,容易造成石墨颗粒的破碎、粉化,影响其充放电循环性 能;

3)倍率性能较差。由于石墨的层间距较小,导致 Li+在石墨层间的扩散 较慢,当进行大电流充放电时,其容量会急剧下降;

4)在首次充放电过程中,Li+与电解液在石墨表面发生不可逆反应,生 成一层 SEI 膜,这是造成不可逆容量的主要原因,对于比表面积较大的 石墨,其形成的 SEI 膜也越多,不可逆容量损失也就越大

表面包覆是目前工业上最常用的改性负极材料的方法之一,沥青是改性 石墨的一种常用碳源。碳包覆对石墨的改性作用主要体现在以下几个方 面:

1)能够防止电解液的共嵌入现象,从而有效降低石墨的不可逆容量;

2)碳包覆能够有效防止石墨在充放电过程中的石墨层的剥离、粉化,提 高石墨材料的循环稳定性;

3)对于比表面积较大的石墨,无定形碳能够填充入孔隙中,从而提高石 墨材料的振实密度,并降低其比表面积;

4)提高锂离子电池的热稳定性。

沥青的软化点是影响包覆效果的重要指标,高软化点沥青包覆能够有效 修复天然石墨表面存在的裂纹与缺陷,减少石墨活性表面与电解液的直 接接触,从而改善石墨负极的电化学性能。下图中(a)为未经包覆处 理的天然球形石墨,其呈较好的球状结构,颗粒粒径分布较为均匀,但 是表面存在一些明显的裂纹和缺陷,在充放电过程中,溶剂化锂离子很 容易通过这些裂纹与缺陷进入天然石墨层间,引起天然石墨材料的体积 膨胀与片层剥离,最终导致其循环性能下降。(b)中虽然经过包覆改性, 但由于浸渍沥青的轻质组分含量高,残炭率过低,包覆效果不明显。(c)、 (d)中随着包覆用沥青软化点的升高,残炭率提升,经过包覆后的球形 石墨样品的表面变得粗糙,一些小碎片包覆在石墨表面,这是沥青炭化 后在石墨表面形成的无定形碳。

沥青包覆后,天然球形石墨表面的活性端面减少,材料的不可逆容量降 低,首次循环库伦效率提升。沥青软化点越高,残炭率较高,炭化后能 形成均匀致密的碳层,降低了首次充放电过程中的不可逆容量,库伦效 率提升较多;高软化率沥青在球形天然石墨表面形成更致密的碳层,因 而对电池材料的循环性能改善更明显。