負極活性物質、粘合劑和添加劑混合成糊狀,均勻涂抹在銅箔兩側后經干燥、滾壓制成負極材料。石墨類導電性、結晶度高,良好的層狀結構和充放電電壓十分適合正極材料的脫/嵌運動,因具備工藝成熟、成本較低等優點成為理想的負極材料。
天然石墨負極材料采用天然鱗片晶質石墨,經過粉碎、球化、分級、純化、表面等工序處理制成。
摻雜改性
添加合適的元素到石墨體系中以改變碳原子的電子環境,使碳材料的嵌鋰行為發生明顯變化。摻雜的方法通常有兩種,一種是把非碳元素化合物浸漬或混入碳材料中經過熱處理制備摻雜碳,另一種方法是采用化學氣相沉積將摻雜的非碳元素氣相熱解沉積在石墨體系當中。
表面氟化
表面氟化處理是通過化學手段對石墨材料進行表面鹵化,氟化處理后的天然石墨表面會形成C-F結構,能夠加強石墨的結構穩定性,以防在循環的過程中石墨片層脫落。同時,天然石墨表面氟化還可減小Li+擴散過程中的阻力,提高比容量,改善其充放電性能。
表面氧化
表面氧化是利用強氧化劑將負極表面的烷基轉化為酸性基團,氧化劑主要分為兩氣相氧化和液相氧化。對石墨材料進行氧化可以使部分石墨層剝離,形成部分類石墨烯材料,大大改善石墨負極材料的可逆容量。還可增強石墨負極材料的穩定性,有助于提高電池的首次庫倫效率。
表面包覆
表面包覆的主要作用是覆蓋天然石墨表面的活性位點,以減少不可逆副反應的發生,縮小天然石墨的比表面積,抑制SEI膜生成,隔離石墨顆粒與電解液,防止溶劑共插入導致容量下降,從而對石墨的體積膨脹起到制約和緩沖的作用,增強循環的穩定性。
球形化處理
球形石墨的加工機理是先將天然鱗片石墨粉粉碎成合適的粒度,再去棱角化使之形成橢球形或類球形的外形,同時利用分級裝置將球形顆粒與去棱角化過程中剝離的細粉進行分離,最終得到正態分布的球形石墨。
對于石墨類負極材料而言,元素摻雜可顯著提高材料的可逆容量和能量密度,但缺乏適應大規模商業化生產需求的摻雜方法和工藝。表面包覆和化學修飾可在一定程度上改善材料的倍率特性與循環穩定性,但對材料能量密度的提升非常有限。將多種改性方法結合在一起以提高石墨作為鋰離子電池負極材料的電化學性能和應用前景將成為未來的主要研究趨勢。
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