锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度,***应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。然而,锂资源相对较少且分布不均,人们迫切需要寻求***、低成本的可替代储能器件。例如:镁离子电池、钙离子电池、铝离子电池、钠离子电池、钾离子电池(PIBs)等。其中:i)钾(K)资源储量丰富,成本较低;ii)K+/K(-2.93Vvs标准氢电极(SHE))的氧化还原电位非常接近Li+/Li(-3.04VvsSHE),这意味着PIBs具有较高的电压平台和能量密度,因此受到研究者们的***关注。但是,较大的K+半径(1.38Å)使得K+插入/脱出电极的过程变得困难,从而导致PIBs循环稳定性差、容量较低。因此,亟需研制具有优异结构稳定性的PIBs负极材料。硬碳负极材料由于其特殊的储锂机理以及优异的安全性,特别是针对车用动力锂离子电池领域。正规硬碳供应
硬碳(HardCarbon)是指石墨化碳,是高分子聚合物的热分解产物,具有较高的可逆比容量,一般为500~700mAh/g。硬碳作为锂电池负极材料结构稳定,充放电循环寿命长,并具有良好的倍率性能,可以满足电动车锂电池大功率充放电的要求。此外,硬碳与碳酸丙烯酯(PC)基电解液的兼容性优于石墨。
硬碳表面是疏松多孔结构,易吸附空气中水分与氧气,在表面形成各种C-H官能团,锂离子能与这些官能团反应,造成锂离子的损耗,提高了不可逆容量,降低了***效率。硬碳负极材料的改性可以有效提升其电化学性能。
官方硬碳专业团队结合硬碳材料的特点来看,它相对更适合于重视输出功率的混合动力车(HEV)用动力锂电池的制造。
锂离子电池作为一种新型能源的典型**,有十分明显的优势,它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点,而且污染小,符合环保要求,已广泛应用于人们的日常生活中,如便携式电子产品、电动汽车、航空航天、储能等领域,成为全球经济发展的一个新热点。
锂离子电池的未来发展方向是高比容量、高充放电效率、高循环性能、高倍率、高安全性和低成本。高容量的主要途径是使用克容量更高的正、负极材料。目前,负极材料主要以石墨类材料为主,制程工艺相对成熟,但受结构特性制约,石墨负极材料克容量逐渐趋于极限值,倍率性能也已不能满足下游产品对电芯日益增长的性能要求;新兴硅负极的体积膨胀及循环稳定性差的问题也未得到有效解决,严重制约了其实际应用,短期内也很难有质的改善。寻找性能更为优良的碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。资源丰富、价格低廉,与电解质溶剂相容性好的新型负极材料将成为未来行业的发力点。
硬碳由大量交错堆积的石墨微晶层和丰富的微孔以及缺陷构成,其典型的储钠行为包括明显的高压斜线区域(>0.1V)和低压平台区域(<0.1V),表明其嵌钠过程至少具有两种反应机理。尽管文献中对硬碳储钠的机理进行了***的研究,然而没有形成统一的认识,尤其是对于低电压平台区的理解。Dahn在2000年***提出了“CardHouse”模型的储钠机制,他们采用原位小角/广角X射线散射(SAXS/WAXS)研究了层间距和孔结构变化与充放电反应的关系,提出了“插层-填孔”机理,即高压斜线区的容量归为钠离子在碳层间的嵌入与脱出,而低压平台区容量与钠离子在微孔中的填充行为有关。然而,后来研究者通过非原位XRD观测到充放电过程中在低电压平台区存在碳层间距的变化,认为低电压平台区的储钠机理与石墨储锂类似,都是离子在层间的嵌-脱,而斜线区则对应钠离子在硬碳缺陷位点和杂原子上的吸附,应为“吸附-插层”机制。不同于以上两种观点,Tarascon等人采用原位XRD探测了钠离子嵌入硬碳的过程,并未观察到层间距的变化,表明不存在插层行为,认为硬碳储钠过程不包含插层行为,而是“吸附-填孔”机制。
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。
技术在线2012年01月31日报道,日本住友电木开发出了用于高输出用途锂离子充电电池负极的硬碳材料(见图2)。该硬碳属于耐热性和阻燃性都很高的苯酚树脂类材料,已经被HEV动力锂电池厂商所采用,将从2012年春季开始在住友电木的子公司秋田住友电木量产。住友电木此次开发的硬碳的晶粒特点是:粒径为数μm,结晶间距离约为4埃(4×10-10m),大于石墨的约3.4埃。凝固后作为负极使用时,便于锂离子进出,在-20℃的低温环境下与石墨相比可将单元电阻降低20~30%。之前,我们并没有听说住友电木在开发负极材料市场,这是一个野心勃勃的新进者。
目前已有不少HEV动力锂电池企业在采用硬碳作为负极材料。官方授权经销硬碳厂家实力雄厚
锂电池硬碳负极材料特点:可适应寒冷地区使用;可低电压充放电,适合微能量回收利用;寿命长。。正规硬碳供应
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。
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