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【本刊精选】《研磨及包覆改性石墨抑制金属锂沉积》

论文品鉴  Paper traits

【本刊精选】《研磨及包覆改性石墨抑制金属锂沉积》

来源:
《电源技术》编辑部
发布时间:
2019/07/18
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201903期刊载了中航锂电(洛阳)有限公司吕岩先生的文章研磨及包覆改性石墨抑制金属锂沉积

该文章主要内容:通过机械研磨和碳包覆两种手段,对人造石墨形貌进行改性,碳包覆后样品表面变得光滑,石墨化度未影响,表面无序度增加,减少了金属锂析出;机械球磨工艺,使一次颗粒粒度减小,缩短锂离子扩散路径,碳包覆改性引入无序碳结构,两种作用协同效应更有效地抑制点状金属锂沉积的发生,同时提升了电池容量。

该文主要值得注意的要点:

1)人造石墨机械研磨和碳包覆改性

2)两种作用协同效应更有效地抑制点状金属锂沉积

摘抄该文部分内容如下:

当锂离子电池经历过充、低温充电、快速充电等工况时,锂离子可能会在负极表面还原成锂金属,发生析锂现象[1]。析锂对锂离子电池的寿命和安全性都有较大影响,因此,对锂离子电池析锂的机理以及抑制析锂的方法研究尤为必要。

减少活性点位改善表面结构是抑制金属锂沉积的有效手段,目前研究者主要从电解液组成[3]和石墨表面形貌控制[4]等方面进行优化。本文研究了碳包覆改性石墨表面结构对抑制金属锂析出以及电化学性能的影响。

1 样品制备

    称取一定量的人造石墨AG和中温沥青进行混合,经60 ℃干燥24 h后,在管式炉中,升温至1 000 ℃热处理3 h得到包覆修饰样品,记为AG1;

    另一组样品将等量人造石墨AG首先进行机械研磨处理,减小颗粒尺寸后,然后按照AG1样品相同比例中温沥青以及相同干燥和包覆工艺制备样品,记为AG2

2 结构表征

    利用菲利普XL-30型扫描电子显微镜(SEM)观察石墨样品以及负极极片的表观形貌;

负极片表面处理试剂为DMC(碳酸二甲酯,纯度:电池级);采用EDS能谱分析仪(JSM-7500FJEOL)进行负极材料元素分析。

Raman 分析用英国Renishaw 公司的Invia型光谱仪,Ar+激发源,激光波长514.5 nm;扫描范围1 0004 000 cm1;波数精度:±1 cm1;扫描重复性:±0.2 cm-1。谱图的分峰拟合采用软件Peak fit v4.12Origin Pro 8.0

马尔文激光粒度仪Mastersizer 2000对石墨粒径进行分析。

3 电化学性能测试

    三种石墨样品分别按照(质量比)石墨:CMC SBR Super-p=951.52.01.5的比例制成浆料,涂在铜箔上,经烘干、压实后制成负极片,隔膜为聚丙烯多孔膜,电解液为1 mol/L LiPF6 的碳酸乙烯脂碳酸二乙酯=11,正极极片由LiFePO4Super-p、粘结剂(LA132)按规定比例合成浆料,然后按照一定的面密度把浆料均匀涂敷在铝箔集流体上,再经干燥、碾压、分切等工序制备而成。将3种负极片分别与同批次的正极片用隔膜分隔后采用叠片工艺制作成电芯,经装配、电芯干燥、封装、注液、化成、定容等工艺制备成20 Ah实验电池。

    测试项目:BTS-5V/50A-T-EV2.5V化成机上进行化成,定容;采用HIOKI-3554内阻测试仪进行内阻测试。

4电池解体与析锂验证实验

    分别对三种石墨样品制备的软包电池进行拆解,解体实验进行前首先对电池放电,放电倍率为0.3 C,放电截止电压2.5 V。电池在通风橱中解体后,分离出负极片并用陶瓷剪刀裁剪部分极片,裁剪长度约为5 cm,将极片完全浸泡在DMC溶液中5 min,对负极片进行表面处理。表面处理后的极片放置通风橱中风干25 min。利用EDS对表面处理后的负极片进行表面元素分析,定量分析负极极片析锂程度。

5 结果与讨论

5.1 负极材料形貌及粒径分布

1 中样品AGAG1AG2SEM照片

5.2 激光拉曼检测结果

2为三种样品的拉曼光谱

在石墨外包覆一层无定形碳材料,形成核-壳型结构,可以增加原有石墨的无序度,而研磨的作用进一步增加了材料的无序度和石墨的结晶度。

5.3 电池负极片EDS分析

控制颗粒一次粒径以及碳包覆处理可以有效抑制锂金属的析出反应。


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