Réaction théorique de stockage du lithium : Capacité spécifique théorique 372 mAh/g
Potentiel d'intercalation du lithium : 0.01 - 0.2 V vs Li/Li+, la plate-forme de tension est stable, l'adaptation à la cathode peut obtenir une tension de batterie élevée
Exigences de base : haute pureté, degré de graphitisation élevé, faibles impuretés, faible expansion, conductivité élevée, bonne propriété de formation de film SEI
Il est divisé en trois catégories : graphite synthétique/artificiel, graphite naturel et microsphères de carbone mésophase MCMB ; -les batteries haut de gamme utilisent principalement du graphite synthétique comme matériau principal
Le graphite a un système cristallin hexagonal et une structure en couches : les atomes de carbone dans la même couche forment des liaisons covalentes cycliques à six -chaînons par hybridation sp² ; les couches sont liées par les forces de Van der Waals, avec un espacement des couches de d₀₀₂=0.3354 nm, fournissant un canal pour l'insertion des ions lithium.
Chargement : le lithium⁺ est libéré de l'électrode positive, passe à travers l'électrolyte et le séparateur pour s'insérer dans la couche intermédiaire de graphite, formant LiC₆.
Décharge : le lithium⁺ est libéré de la couche intermédiaire de graphite et retourne à l'électrode positive ; il a une bonne réversibilité et une structure stable.
L'expansion du volume pendant le chargement et la décharge est d'environ 8 à 12 %, et la structure et le revêtement de surface doivent être contrôlés pour éviter la pulvérisation.
Comparaison des principaux types et caractéristiques
Graphite synthétique
Il est fabriqué à partir de matières premières telles que le coke de pétrole, le coke d'aiguilles et le brai de goudron de houille grâce à des processus de mélange, de moulage, de carbonisation, de graphitisation à haute -température (réalisée dans un récipient en graphite/graphite) et de modification du revêtement de surface.
Avantages : structure contrôlable, isotrope, longue durée de vie, bonnes performances de débit, forte stabilité à haute -température, faible expansion, adapté à la charge/alimentation rapide des batteries.
Inconvénients : Coût plus élevé que le graphite naturel.
Comparaison des principaux types et caractéristiques
Graphite naturel
Il est obtenu par purification par flottation, sphérisation et modification du revêtement de surface du graphite en paillettes.
Avantages : degré de graphiteification élevé (98 %+), capacité spécifique élevée (355 ~ 365 mAh/g), faible coût, ressources abondantes.
Inconvénients : Anisotrope, durée de vie moyenne, mauvais rendement, forte expansion, sensible à l'électrolyte.
Caractéristiques de performance de base
Performance électrochimique (avantage principal)
Faible potentiel d'insertion du lithium : 0.01 - 0.2 V, plateau stable, tension de sortie de batterie élevée
Haute capacité réversible : 330 - 365 mAh/g (proche de la théorie 372 mAh/g)
Efficacité coulombienne initiale (ICE) : 90 - 94 % (formant un film SEI stable)
Haute conductivité : conduction électronique rapide, adaptée à une charge rapide
Haute pureté : Carbone fixe supérieur ou égal à 99,5 % - 99.95 %, teneur en cendres inférieure ou égale à 50 - 100 ppm, impuretés métalliques (Fe, Cu, Al, Si) inférieure ou égale à 10 ppm ; éviter les réactions secondaires, la production de gaz, les dendrites de lithium
Degré de graphitisation élevé : Artificiel supérieur ou égal à 95 %, naturel supérieur ou égal à 98 % ; d₀₀₂ ≈ 0.335 - 0.337 nm, caractérisé par XRD
Faible expansion : expansion du volume d'intercalation du lithium 8 - 12 %, structure stable, non sujette à la pulvérisation
Haute conductivité et conductivité thermique : faible résistivité électronique, bonne conductivité thermique, réduit la polarisation, bonne dissipation thermique, haute sécurité.
Bonne aptitude au traitement : sphérique/quasi-sphérique, bonne fluidité, revêtement uniforme, densité de compactage élevée, densité énergétique améliorée
| Paramètre | Graphite synthétique (puissance/qualité haut de gamme) | Graphite naturel (sphérique modifié) | MCMB (microbilles de mésocarbone) | Norme d'essai |
|---|---|---|---|---|
| Pureté du carbone fixe | Supérieur ou égal à 99,9 % | Supérieur ou égal à 99,5% | Supérieur ou égal à 99,9 % | GB/T 3521 (Graphite - Détermination de la teneur en cendres) |
| Contenu en cendres | Inférieur ou égal à 50 ppm | Inférieur ou égal à 100 ppm | Inférieur ou égal à 50 ppm | GB/T 3521 (Graphite - Détermination de la teneur en cendres) |
| Densité réelle (g/cm³) | 2.20~2.25 | 2.22~2.26 | 2.20~2.24 | GB/T 24529 (Matériaux carbonés pour batteries lithium-ion - Méthodes de test des propriétés physiques) |
| Densité du robinet (g/cm³) | 1.10~1.30 | 1.00~1.20 | 1.20~1.40 | GB/T 5162 (Méthode de détermination de la densité après tapotement des poudres métalliques et des composés associés) |
| Densité de compactage (g/cm³) | 1.60~1.75 | 1.55~1.70 | 1.70~1.85 | Test de calandrage de feuille d'électrode |
| Taille des particules D50 (μm) | 15~20 | 10~18 | 10~15 | Analyseur de taille de particules laser |
| Surface spécifique BET (m²/g) | 1.0~2.0 | 2.0~5.0 | 0.8~1.5 | GB/T 19587 (Détermination de la surface spécifique des solides par adsorption de gaz - méthode BET) |
| Degré de graphitisation (%) | Supérieur ou égal à 95 | Supérieur ou égal à 98 | Supérieur ou égal à 96 | XRD (basé sur l'espacement intercouche d₀₀₂) |
| Espacement intercouche d₀₀₂ (nm) | 0.3355~0.3365 | 0.3353~0.3358 | 0.3355~0.3362 | DRX (-diffraction des rayons X) |
| Rapport Raman ID/IG | Inférieur ou égal à 0,10 | Inférieur ou égal à 0,12 | Inférieur ou égal à 0,09 | Spectroscopie Raman |
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