【摘要】 随着科技的发展,锂电池在我们的日常生活和工业生产中发挥着越来越重要的作用。在

新型包覆材料

 

科学指南针-知识课堂

随着科技的发展,锂电池在我们的日常生活和工业生产中发挥着越来越重要的作用。在锂电池中,负极材料是一个关键组成部分,而包覆物则对负极材料的性能产生重要影响。今天,我们就来探讨一下负极材料包覆物的表征。

首先,我们需要了解什么是负极材料包覆物。在锂电池中,负极材料通常是由金属或非金属颗粒组成的。为了提高负极材料的电化学性能,通常会在这些颗粒表面覆盖一层或多层其它物质,这就是所谓的包覆物。包覆物的主要作用包括提高负极材料的电导率、稳定性以及循环寿命。

对于负极材料包覆物的表征,我们通常会采用一系列的实验方法和测试手段。其中,X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)是最常见的两种方法。

X射线衍射可以用来确定包覆物的晶体结构和相组成。通过分析衍射图谱中的峰位和强度,我们可以得知包覆物的成分以及它们的晶体结构。此外,我们还可以通过这种方法来确定是否存在任何晶体缺陷,这些缺陷可能会影响包覆物的电化学性能。

扫描电子显微镜则可以用来观察包覆物的形貌和微观结构。在高倍率下,我们可以清晰地看到包覆物的表面结构以及它与负极材料的结合情况。此外,通过能谱分析(EDS),我们还可以进一步确定包覆物中的元素组成。

除了上述两种方法外,我们还可以采用其他表征手段来进一步了解负极材料包覆物。例如,透射电子显微镜(TEM)可以用来观察包覆物的超微结构;原子力显微镜(AFM)可以用来研究包覆物的表面形貌和粗糙度;以及电化学方法可以用来测定包覆物的电化学性能。

总的来说,对负极材料包覆物的表征是了解其电化学性能的重要手段。通过这些表征方法,我们可以更好地了解包覆物的结构和性质,从而优化负极材料的性能,提高锂电池的整体性能。

 

包覆层表征测试概念

为解决石墨材料与电解液的相容性不佳导致的溶剂分子插入石墨片层而产生的结构破坏,以提高石墨类负极的稳定性,延长其使用寿命,研究者提出对负极材料(主要是石墨或者硅材料)表面进行包覆手段,通常在石墨或硅表面构筑一层“保护膜”,能防止电极与电解液之间的直接接触,避免由溶剂化导致的石墨片层剥离,保证电压平台的平稳,进而提高电池的循环稳定性。

 

图片源自网络-夏永姚教授研究成果

 

包覆层表征测试原理

石墨或者硅材料表面的包覆层(包覆层一般为10nm的厚度)通过聚焦离子束进行切割,利用TEM的电子束投射到薄样上,可以呈现不同的包覆层与内部颗粒的形貌与厚度。

 

包覆层表征测试资料

1) 负极材料的表面包覆一般采用“干法”以沥青为碳源,采用温和活化的方法在石墨表面包覆一层无定形炭。锂离子可以利用无定形炭的微孔等结构缺陷,在包覆层中脱嵌和插入,不会直接影响到石墨的结构,从而提高循环稳定性和容量。

2) 硅碳包覆结构是在活性物质硅表面包覆碳层,缓解硅的体积效应,增强其导电性,维持电极材料的微观形貌,获得更加的循环稳定性与倍率性能,根据包覆结构和硅颗粒形貌,包覆结构可分为核壳型、蛋黄-壳型以及多孔型。

3) 在石墨表面包覆一层金属(Cu,Ni,Al,Zn等)或其氧化物可以有效提高金属锂的扩散系数,同时抑制电解液与石墨的直接作用,提高负极材料的可逆比容量和循环稳定性。

包覆层厚度1-50nm

图片源自网络

 

测试适用范围

电池负极材料

 

负极包覆层测试参考标准

负极材料包覆物的测试参考标准可以根据不同的行业和领域有所差异。

  1. GB/T 31485-2015:这是电动汽车用动力电池电性能测试方法及要求的国家标准,涵盖了负极材料包覆物的电化学性能测试。

  2. ISO 11693-1999:这是国际标准组织制定的锂电池包覆物测试标准,主要涉及包覆物的热稳定性测试。

  3. SJ/T 11465-2010:这是中国电子行业标准,规定了锂电池负极材料包覆物的测试方法和要求。

  4. JB/T 12553-2015:这是中国机械行业标准,针对锂电池负极材料包覆物的测试标准,涵盖了包覆物的物理和化学性能测试。

  5. ASTM D3273-2017:这是美国材料试验协会制定的标准,涉及锂电池负极材料包覆物的测试,主要关注包覆物的电化学性能。

 

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