硬碳具有高容量,优异的倍率特性和良好的低温性能,成为电动车电池相当有潜力的负极材料.综述了硬碳材料的研究和应用进展,指出任意堆积的石墨烯层结构决定了硬碳材料的性能;原材料和制备工艺会影响硬碳材料的规模化生产质量和应用,随着电动汽车产业的兴起和硬碳材料应用的增长,其相关应用研究将成为热点。
为了适应新能源车的发展,快速充电和大倍率放电的锂离子动力电池成为研究和开发的热点,其中电池正负极活性物质材料的选择尤为重要。目前,锂离子电池的负极材料主要是石墨,原因在于其导电性好,可逆比容量可达300mAVg以上,但石墨材料的结构稳定性差,与电解液的相容性差且由于其有序层状结构中的扩散速度慢,导致该材料不能大倍率地充放电,因而研究人员开始关注硬碳材料的开发。
硬碳是难以石墨化的碳,为高分子聚合物的热解碳,它具有相互交错的层状结构可以从各个角度嵌入和脱出,**提高了充放电的速度,其低温性能也较石墨材料有明显的改善.而且硬碳材料往往具有高的可逆比容量,因此硬碳材料更适用于汽车动力电池的负极材料。 硬碳是高分子聚合物的热解碳,这类碳在3000℃的高温也难以石墨化。进口硬碳诚信企业
通过对人造石墨的常温和低温性能测试,发现了人造石墨低温性能不佳的问题,针对该问题制备了人造石墨-硬碳复合负极材料用来改善锂离子电池的低温性能。采用扣式电池对不同比例的人造石墨-硬碳复合负极材料进行性能测试,结果表明,加入硬碳材料对电池的低温性能有明显改善,其中硬碳:人造石墨=3∶7的材料在-20℃时2C倍率的脱锂(负极半电池中锂离子从人造石墨中脱出)比容量为283.5mAh/g,具有比较好的综合性能。
通过对制备的3Ah磷酸铁锂电池性能测试表明,在-20℃时,以0.2C电流放电,电池的低温循环性能优异;相对于使用人造石墨负极的电池,采用复合负极的电池的放电容量保持率提升了12.3%,且电池具有良好的常温倍率性能和低温循环性能。电化学性能的测试结果表明该复合负极低温和倍率新能优异,具备良好的应用前景。
硬碳客户至上锂离子具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点,而且污染小,符合环保要求。
锂离子电池的性能优劣与能可逆嵌入、脱嵌锂离子的负极材料的制备息息相关。这类材料要求具有,①在锂离子的嵌入过程中自由能变化小,反应高度可逆;②锂离子在负极材料的固态结构中有高的扩散率;③具有良好的电导率;④优良的热力学稳定性以及与电解质良好的相容性等。目前,研究工作主要集中在碳材料和具有特殊结构的其它含碳化合物。
1990年,Sony公司:幻以石油焦炭作为负极,使锂离子电池的研究进入实用化阶段,从而引发世界范围的研究热潮。目前,在锂离子电池研究中具有实用价值或应用前景的碳材料主要有3类:①加热软碳至2400'C以上得到的高度石墨化的碳材料,可逆嵌锂容量在300mAh/g左右;②低于800'C热解得到的含一定量氢的软碳和硬碳,可逆嵌锂容量600〜900mAh/g;③1000'C左右处理的含单碳层及大量纳米微孔的硬碳,可逆容量500~700mAh/g之间⑶。
尽管碳基材料在锂离子电池领域已商品化,但石墨材料很难与钠形成石墨层间化合物,文献表明只有使用醚类电解液才能将石墨用作钠电负极。因此,钠离子电池硬碳负极材料成为近年的研究热点。2000年,Stevens和Dahn提出硬碳能够储锂/钠,与储锂机制相似,储钠机制可总结如下:(1)石墨层间的脱嵌,(2)缺点乱层结构的存储,(3)表面的吸附以及(4)纳米孔的填充。基于以上储钠机理,大量研究工作对硬碳材料进行改性以提高其电化学性能,如优化煅烧温度,扩大层间距和增大比表面积。此外,掺杂杂原子(N、S和F等)以加强Na的吸附容量和电子导电性,是提升储钠容量的有效手段。然而,碳负极通常有两个特征,比表面积高且电压平台高,导致极易生成过量的固体电解质界面膜(SEI膜),产生过高不可逆容量并限制了其产业化发展。
硬碳是指难石墨化碳, 是高分子聚合物的热解碳。
现在工业上广泛应用的是人造石墨,但其372mAh/g的容量过低.越来越不能满足要求,而且脆弱结构会导致很有限的稳定性,对电解液也高度敏感。
因而,人们把注意力转移到其他碳材料上,例如软碳、硬碳。硬碳以其无规排序所具有的较高容量、低造价和优良循环性能引起了人们的极大兴趣。Sony公司3于1991年开发了使用聚糠醇(PFA)热裂解制得的硬碳作为负极材料的锂离子电池。但是其不可逆容量过大,放电电压过高导致放电充电曲线滞后。
硬碳具有嵌钮容量大,造价低,循环寿命长等优点,是制备高安全性锂离子电池负极潜 在的优良材料。介绍了硬碳材料的结构、特,性及其用途,并综述了硬成材料改性的研究发展。
硬碳容量大于常规碳类材料的理论容量,高倍率、循环性能、安全性能优。原装进口硬碳生产供应
硬碳优良的热力学稳定性以及与电解质良好的相容性等。进口硬碳诚信企业
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