石墨负极对锂离子电池快充性能的影响

文章分析了石墨负极材料对锂离子电池快充性能的影响机理，制备了不同焦类原料的一系列石墨负极材料，对其进行了粒度、偏光以及XRD等测试，并制成锂离子电池进行倍率充电以及倍率循环测试。结果表明取向性较好的焦类原料制备的石墨材料具有较好的快充性能。用改善后的石墨负极制作了高能量密度快充锂离子电池，6C/1倍率循环测试300周的容量保持率达到86%以上。

引言

锂离子电池自从问世以来，在多个领域得到了广泛的应用。从目前看，锂离子电池不但普遍应用在手机、数码相机、平板电脑等电子产品中，在车载电源领域的应用也取得了一定的突破；从未来市场对锂离子电池的需求看快速充电型锂离子电池将成为锂离子电池的重要方向。

为了改善石墨负极材料的快充性能，本文实验制备了由不同焦类原料制成的一系列石墨负极材料，对其进行了粒度、偏光以及XRD等测试，制成锂离子电池进行倍率充电以及倍率循环测试。并对测试结果进行了分析。

锂离子电池快速充电机理分析以及石墨对锂电池快充的影响

以正极钴酸锂，负极石墨为例，锂离子电池充电时正负极的反应如下

正极反应方程式LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi+xe-

负极反应方程式xLi+xe-+6C→LixC6

锂离子电池在充电时，钴酸锂的部分Li+脱离晶格进入电解液，然后迁移到负极活性物质碳的晶格之中（嵌入），生成LixC化合物。

在这个过程当中，锂离子在电场和浓度梯度的作用下从正极迁移、扩散到负极，经历了在溶液中的液相扩散、在石墨表面的电化学反应以及在石墨中的固相扩散。

而锂在石墨内部的固相扩散系数相对较小（通常情况下只有约为10-10cm2.s-1），这使锂在石墨内部的固相扩散容易成为整个电极反应的控制步骤。因此，改进石墨材料，提高锂在石墨中的固相扩散，能够有效降低电池的极化与析锂的风险，提升锂离子电池的快充性能。

石墨的制备

不同焦类原料人造石墨的制备分别选取不同焦类原料a，b，c，经过粉粹、过筛处理后，在2800℃温度下进行高温石墨化处理，升温速度15℃/min，恒温时间5h，高温处理后的材料过筛250目筛网，得到人造石墨A、B、C。不同人造石墨材料的理化指标见表1。

扣电组装

取CR2016型号扣式电池壳，在正极壳中滴加电解液，再依次放入负极片、隔膜（在负极片、隔膜上分别滴加电解液）、处理好的锂片，泡沫镍、不锈钢片，盖上负极壳将电池封口，制成CR2016型号扣式电池。

全电池组装

将质量比为96.51.52的钴酸锂、PVDF、导电剂碳黑SuperP与溶剂NMP混匀后，涂覆在16μm厚的铝箔上；将质量比为9631的人造石墨、粘结剂（羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR=11）和导电剂碳黑SuperP与溶剂去离子水混匀后，涂覆在10μm厚的铜箔上。涂覆好的正、负极片经制片、卷绕、干燥、注液、封口及化成、分容等工序，制成554065型软包锂离子电池。

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