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鋰離子電池負(fù)極材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是怎樣的

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1587次  |  2021年08月30日  

鋰離子電池緊要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜等部分組成,其中負(fù)極材料的選擇會(huì)筆直關(guān)系到電池的能量密度。金屬鋰具有最低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(?3.04V,vs.SHE)和非常高的理論比容量(3860mAh/g),是鋰二次電池負(fù)極材料的首選。然而,它在充放電過(guò)程中容易出現(xiàn)枝晶,形成死鋰,降低了電池效率,同時(shí)也會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患,因此并未得到實(shí)際使用。


直到1989年,Sony公司研究發(fā)現(xiàn)可以用石油焦替代金屬鋰,才真正的將鋰離子電池推向了商業(yè)化。在此后的發(fā)展過(guò)程中,石墨因其較低且平穩(wěn)的嵌鋰電位(0.01~0.2V)、較高的理論比容量(372mAh/g)、廉價(jià)和環(huán)境友好等綜合優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了鋰離子電池負(fù)極材料的緊要市場(chǎng)。此外,鈦酸鋰(Li4Ti5O12)雖然容量較低(175mAh/g),且嵌鋰電位較高(1.55V),但是它在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,是一種零應(yīng)變材料,因此在動(dòng)力鋰離子電池和大規(guī)模儲(chǔ)能中有一定的使用,占據(jù)著少量的市場(chǎng)份額。隨著人們對(duì)鋰離子電池能量密度的追求越來(lái)越高,硅材料和金屬鋰將是負(fù)極材料將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)(圖2)。


我國(guó)在鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化方面具有一定的優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)鏈從原料的開(kāi)采、電極材料的加工、電池的制造和回收等環(huán)節(jié)比較齊整。此外,我國(guó)的石墨儲(chǔ)量豐富,僅次于土耳其和巴西。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展,國(guó)產(chǎn)負(fù)極材料已走出國(guó)門,深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、上海杉杉科技有限公司和江西紫宸科技有限公司等廠商在負(fù)極材料的研發(fā)和加工等范疇已處于世界先進(jìn)水平。


為了促使鋰電行業(yè)的健康發(fā)展,我國(guó)從2009年開(kāi)始就陸續(xù)頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),涉及原料、產(chǎn)品和檢驗(yàn)辦法,提出了各項(xiàng)參數(shù)的詳盡指標(biāo),并給出了相應(yīng)的測(cè)試辦法,對(duì)負(fù)極材料的實(shí)際加工和使用起到了指揮性用途。目前實(shí)際使用的負(fù)極材料種類比較聚集(石墨和Li4Ti5O12),緊要涉及的標(biāo)準(zhǔn)共有4項(xiàng)(表1)。不過(guò)正在制定或修訂的標(biāo)準(zhǔn)還有6項(xiàng)(表2),說(shuō)明負(fù)極材料的種類有所新增,要制定新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范其發(fā)展。本文將重點(diǎn)解析4項(xiàng)已頒布標(biāo)準(zhǔn)中的緊要內(nèi)容和要點(diǎn)。


1國(guó)內(nèi)鋰電負(fù)極材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

我國(guó)在近十幾年公布的鋰離子電池負(fù)極材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其我國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。從類別上看,涉及的負(fù)極產(chǎn)品有3項(xiàng),探測(cè)辦法1項(xiàng)。石墨是首先得到商業(yè)化使用的負(fù)極材料,因此Gb/T245332009《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》是第一項(xiàng)負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)。隨后,少量的鈦酸鋰也進(jìn)入了市場(chǎng),相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T8252012《鈦酸鋰》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Gb/T308362014《鋰離子電池用鈦酸鋰及其碳復(fù)合負(fù)極材料》也先后推出。


《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》將石墨分為天然石墨、中間相碳微球人造石墨、針狀焦人造石墨、石油焦人造石墨和復(fù)合石墨,每一類又依據(jù)其電化學(xué)性能(首次充放電比容量和首次庫(kù)侖效率)分為不同的級(jí)別,每一級(jí)別還依據(jù)材料的均勻粒徑(D50)分為不同的品種。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同品種石墨的各項(xiàng)理化性能參數(shù)均做出了要求,受限于篇幅,下文在敘述時(shí)只將石墨分為天然石墨、中間相碳微球人造石墨、針狀焦人造石墨、石油焦人造石墨和復(fù)合石墨,每一類指標(biāo)綜合了該類不同級(jí)別和不同品種石墨的所有參數(shù)。


我國(guó)正在制定或修訂的鋰離子電池負(fù)極材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),除了《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》屬于修訂標(biāo)準(zhǔn),其余5項(xiàng)均為新制定的標(biāo)準(zhǔn)。正在新制定的《中間相炭微球》原先屬于石墨的一小類,今朝被單列出來(lái),說(shuō)明該類石墨的緊要性正在與日俱增。另外,還新增了一種新的石墨品種標(biāo)準(zhǔn)《球形石墨》。除此之外,還有兩項(xiàng)有關(guān)軟碳的標(biāo)準(zhǔn)(《軟炭》和《油系針狀焦》)。軟碳是指在高溫下(<2500℃)能夠石墨化的碳材料,其碳層的有序程度低于石墨,但高于硬碳。軟碳材料具有對(duì)電解液的適應(yīng)性較強(qiáng)、耐過(guò)充和過(guò)放性能良好、容量比較高且循環(huán)性能好等優(yōu)勢(shì),在儲(chǔ)能電池和電動(dòng)汽車范疇具有一定的使用,因此相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正在布局(表2)。


我國(guó)政府在《我國(guó)制造2025》中提議加快發(fā)展下一代鋰離子動(dòng)力鋰離子電池,并提出了動(dòng)力鋰離子電池單體能量密度中期達(dá)到300Wh/kg,遠(yuǎn)期達(dá)到400Wh/kg的目標(biāo)。針對(duì)這一要求,有關(guān)負(fù)極材料而言,石墨的實(shí)際容量已接近其理論極限,要開(kāi)發(fā)具有更高能量密度且兼顧其它指標(biāo)的新材料。其中,硅碳負(fù)極能夠?qū)⑻疾牧系膶?dǎo)電性和硅材料的高容量結(jié)合在一起,被認(rèn)為是下一代鋰離子電池負(fù)極材料,因此相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也正在起草(表2)。


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