石墨二次颗粒与单颗粒配比对电化学性能的影响!

楼市   2024-12-30 08:00   山东  

本文作者将二次颗粒与单颗粒人造石墨按一定的质量比复配成负极主材,利用单颗粒石墨比容量高、高温性能优而二次颗粒石墨动力学性能强、循环性能好的特点,研究二次颗粒与单颗粒复配比例对电芯电化学性能的影响。通过XRD、SEM 和电化学性能等测试,研究磷酸铁锂/复配人造石墨锂离子电池的初始能量、高低温、倍率和循环等性能。


1 实验

1.1 电池的制备

二次颗粒石墨(GS-2)与单颗粒石墨(GZD-1)按质量比3∶7、5∶5和7∶3,用螺带混合机均匀复配,所得石墨负极粉体分别记为SD37、SD55和SD73。


将磷酸铁锂(DY-3)、导电炭黑Super P(Li2160)和黏结剂聚偏氟乙烯(Solef5130)按94.0∶2.5∶3.5的质量比混料,加入溶剂N-甲基吡咯烷酮,搅拌5h,得到固含量为(60.0±1.5)%、黏度为10000mPa·s的浆料。将浆料涂覆在12μm厚的铝箔上,面密度(388±3)g/m2。极片在85℃下真空烘烤12h,再进行辊压,压实密度为2.45g/cm3。


将复配石墨、导电炭黑和水性黏合剂(LA135D固含量为5%)按质量比96.5∶0.5∶3.0混匀,以蒸馏水为溶剂调制浆料,涂覆在8μm厚的铜箔上,双面涂覆面密度200g/m2,辊压成片,压实密度为1.65g/cm3,再在105℃、真空下烘烤16h。


正极片、负极片、隔膜(12μm聚乙烯基膜与4μm氧化铝陶瓷涂层)叠片后,封装进盖板铝壳中,制成额定容量为125Ah的LiFePO4锂离子电池(尺寸:36mm×130mm×240mm),在85℃下烘烤12h后,注入470g TC09C电解液1mol/L LiPF6/ EC+DEC+EMC(体积比4∶4∶2)。制备的电池用5V60A化成柜进行化成,用5V150A分容柜分容。化成步骤为:以0.05C充电80min,再以0.10C充电150min,充电电压上限为3.65V。分容步骤为:在45℃下搁置12h老化,再以1.00C分容放电,下限电压为2.50V。二次颗粒与单颗粒质量比3∶7、5∶5和7∶3制备的电芯分别记为SD37、SD55和SD73。


1.2 性能测试

用X射线衍射仪分析材料的微观结构。用电子扫描显微镜观察复配负极主材的形貌。用高精度电池检测仪进行电池性能测试。参照GB36276—2018《电力储能用锂离子电池》进行初始能量、高低温、倍率和循环等性能测试。倍率性能测试:常温下先恒功率200W放电至2.50V,静置0.5h,再恒功率200W充电至3.65V,静置0.5h,最后恒功率800W(2.0P)放电至2.50V,记录放电能量与容量。


高低温性能测试:将满电电芯在高温45℃的恒温箱中静置24h后,在此温度下,以200W功率放电至2.50V,记录放电容量与能量。将满电电芯在低温5℃的恒温箱中静置24h后,在此温度下,以200W功率放电至2.50V,记录放电容量与能量。以放电能量除以对应初始放电能量,得到能量保持率。


存储自放电性能测试:先恒功率200W放电至2.50V,静置0.5h,恒功率200W充电至3.65V,常温25℃静置28d后,以200W功率放电至2.50V;静置0.5h,再以200W充电至3.65V,搁置0.5h,以200W放电至2.50V;记录存储容量及能量、恢复容量与能量。


循环性能测试:0.5P循环测试:200W充电至3.65V,200W恒功率放电至2.50V,重复循环,中间搁置0.5h。1.0P循环测试:400W充电至3.65V,400W恒功率放电至2.50V,重复循环,中间搁置0.5h。测试温度均为常温25℃。


2 结果与讨论

2.1 复配人造石墨的结构

复配人造石墨的XRD图见图1。从图1可知:(002)、(004)和(101)等处的峰表明,材料具有更清晰的三维层状石墨结构,与文献的报道一致;(002)峰强度与单颗粒的含量呈正相关关系:随着单颗粒含量的减少,(002)峰强度逐渐减弱,复配石墨的结晶度逐渐降低,而二次颗粒表面包覆的不定型碳层,也会降低结晶度。
2.2 复配人造石墨的形貌
复配人造石墨的SEM图见图2。从图2可知,不同比例混合负极二次颗粒及单颗粒均匀混合分散,颗粒规整、表面光滑。
2.3 复配人造石墨的电化学性能
2.3.1 倍率性能
常温下,2.0P恒功率下复配人造石墨的性能见图3。从图3可知,复配人造石墨的倍率性能从高到低依次为SD55、SD73和SD37。
2.3.2 高低温性能
复配人造石墨的高低温能量保持率见表1。从表1可知:高温45℃充放电能量保持率相当,均在100%以上;随着二次颗粒比例的不断增大,低温充放电能量保持率均先增大、后减小,即在单颗粒人造石墨与二次颗粒质量比为5∶5处,出现最大值,SD55在低温5℃的充放电能量保持率分别为96.10%与82.00%。复配人造石墨低温性能从高到低依次为SD55、SD73和SD37。
2.3.3 存储
自放电性能常温25℃下,复配人造石墨制备电池的自放电性能见图4。从图4可知,在25℃下储存28d,制备的电池的能量保持率、充放电能量恢复率从高到低依次为SD55、SD73和SD37。
2.3.4 循环性能
常温下,复配人造石墨在0.5P及1.0P恒功率循环的性能见图5。从图5可知:以0.5P充放电,复配人造石墨SD37、SD55和SD73第500次循环的能量保持率分别为97.90%、99.48%和96.19%;以1.0P充放电,第500次循环的能量保持率分别为97.67%、98.51%和97.52%。常温循环性能在二次颗粒及单颗粒复配质量比为5∶5(即SD55)时最优:以0.5P循环1459次,能量保持率为95.2%;以1.0P循环2500次,能量保持率为88.7%。
3 结论
将二次颗粒与单颗粒按质量比3∶7、5∶5和7∶3复配成3种复配人造石墨,然后通过叠片工艺制备成方形铝壳磷酸铁锂/石墨体系电芯,并研究最佳复配比例。

利用SEM及XRD分析复配人造石墨的形貌和微观结构,并结合国家标准GB/T 36276—2018,对3种复配人造石墨制备的磷酸铁锂电芯进行电化学性能测试,对复配人造石墨电芯的倍率、高低温、存储及循环性能等进行测试分析。

复合负极二次颗粒与单颗粒的质量比为5∶5时,在倍率、低温、存储及循环性能等方面表现出综合优势。从长期循环性能指标来看:常温下,在 2.50~3.65V充放电,0.5P循环1459次,能量保持率为95.2%;以1.0P循环2500次,能量保持率为88.7%。

文献参考:王盈来,张欣瑞,李艳红,方玲.复配人造石墨比例对电化学性能的影响[J].电池,2024,54(5):640-643



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2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会


主办单位:南墅石墨矿、锂电新材料

总 冠 名:晚宴、支持单位、展台等征集中

大会时间:2025年6月10-11日

大会地点:中国 南京

指导单位:

贝特瑞新材料集团股份有限公司

广东凯金新能源科技股份有限公司

湖南博邦山河新材料有限公司

深圳华明胜科技有限公司

联合主办:

山东中建恒信技术咨询有限公司

继续征集中....

协办单位:征集中....

承办单位:恩墨(山东)新材料有限公司

赞助单位:征集中....

济宁特碳新材料有限公司

河南明洋机械设备有限公司

继续征集中....

参展单位:

佛山泰姆斯新材料有限公司

吉林敦化林机新能源有限公司

河南锐能机械设备有限公司

深圳市美景环保设备科技有限公司

继续征集中....

椅背广告:河南锐能机械设备有限公司

参会证广告:征集中....


会议背景


随着全球能源转型的加速和新能源汽车产业的蓬勃发展,锂电气相硅碳与石墨作为锂离子电池的关键材料,正迎来前所未有的发展机遇与挑战。为了深入探讨锂电气相硅碳与石墨的最新研究成果、技术创新及产业发展趋势,加强行业交流与合作,实现全行业资源共享,信息互通,优势互补,合作共赢,同时为学术界和产业界实质性对接交流提供平台和合作契机,“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”定于2025年6月10-11日在南京市召开,我们诚挚邀请您莅临“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”。透析市场热点、把脉行业前景,推动新能源产业的持续健康发展!

欢迎各单位积极组织参加,现将有关事项通知如下:



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会议主题内容




一、主题演讲

1、邀请行业权威专家、学者及企业领袖,就锂电气相硅碳与石墨的技术创新、应用进展、市场趋势等进行深入剖析。

2、锂电气相硅碳与石墨在全球能源转型、新能源汽车发展中的角色与前景

3、锂电气相硅碳与石墨材料的最新研究成果、技术突破及未来发展方向

4、硅碳负极材料产业化过程中的硅沉积问题探讨

5、单壁碳纳米管对硅碳负极的作用

6、硅碳负极粘结剂现状

7、硅粉现状及未来新机遇

8、CVD 沉积用硅烷纯度及控制

9、硅烷特气运输安全及控制

二、专题研讨:
1、围绕锂电气相硅碳与石墨的材料制备、性能优化、电池应用、回收再利用等热点议题,促进学术交流与思想碰撞。
2、锂电气相硅碳与石墨材料的合成方法、改性技术及其对电池性能的影响
3、锂电气相硅碳与石墨在锂离子电池中的应用案例,讨论其在不同场景下的性能表现与系统集成挑战
三、成果展示:设立展览区,展示锂电气相硅碳与石墨领域的最新研究成果、技术产品及应用案例,为参会者提供直观感受和交流平台
四、 商务对接
1、组织商务对接活动,为参会企业搭建合作桥梁,促进产学研用深度融合与产业链上下游协同发展。
2、商务对接会:为参会企业、科研机构及投融资机构提供交流平台,促进项目合作、技术转移及资本对接
3、合作签约仪式:在会议期间举行合作签约仪式,见证重要合作项目的达成




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参会对象             




锂电气相硅碳与石墨领域的企业代表、科研人员及技术人员;

新能源汽车、储能电站、便携式电子设备等相关行业的有关人员;

投融资机构、行业协会、媒体等各界人士;

负极材料研究机构及高校课题组成员;

锂电、石墨领域设备、检测仪器设备、环保设备等其他设备企业。



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会议注册与联系方式




一、会议注册


1、本次会议3月31日前报名转发本文到朋友圈会议费全免每单位限2人,超出人员按正常收费标准缴费;(免费报名需经过会务组审核方可有效,分享朋友圈获取20个赞,免费人员不包含餐,须缴餐费600元,缴费成功视为报名成功,过331日按正常收费标准收费)。限200

2、参会代表注册费含会议资料、茶歇、午餐、晚宴等费用;

3、会议统一安排食宿,住宿费自理;

4、发票内容为会议费,开具增值税普通发票,不开增值税专用发票;

注:所有人员凭参会证入场!提前注册缴费!

二、参展及赞助

1、本次会议设置总冠名、联合主办、协办单位、赞助单位、支持单位、手提袋、胸卡挂绳、椅背广告、酒水赞助、会议视频广告(会议室大屏播放)晚宴礼品、笔本赞助、茶歇赞助等会议赞助类别。

2、参展商:每个展位费用:15000元,包括4人午餐、晚宴费用,展台费用,2份资料费用等。

3、实际尺寸2.2米宽×2.4米高

三、汇款信息

  名:恩墨(山东)新材料有限公司

开户行:中国建设银行股份有限公司日照济南路支行

  号:37050171614100001452

  号:105473200085

扫码报名

付款请注明:气相硅碳会议+单位名称,并将付款凭证保留,便于报到时查验。缴费成功后,请保持手机畅通,会务组会尽快与您联系,感谢您的支持!

备注:南京2025锂电气相硅碳会议

开票注意事项:增值税普通发票请提供单位名称及税号,发送邮箱1413686339@qq.com注:本次会议提供电子普票,并发送至参会代表的邮箱或微信,发票内容为会议费

欢迎有关企业、公司联合主办、协办、赞助本次会议,组委会将提供周到、精准的平台服务。另外,会议设有企业新技术、新装备产品展示区,因展位数量有限,如有意向请尽快联系。


组委会联系方式

吕健飞 13264594991(微信同号)

    15315983672(微信同号)


感谢参加2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会!



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