【行业】负极碳包覆-下游高景气发展空间广阔(36页)

影响锂离子电池碳负极材料电性能的两个最关键因素石墨化程度与SEI膜致密程度,前者影响比容量,后者影响循环稳定性。单纯用石墨材料无法兼顾二者。1)碳材料的石墨化程度高→比容量越大;2) 形成SEI膜致密程度适中→首效损失小,且避免溶剂分子嵌入,提升负极的循环稳定性。但二者性能无法兼得,原因为碳材料的石墨化程度越大, 而基底表面碳微晶边、面之间存在较大的差别, 如: 存在与电解液反应导致电解液的分解, 进而破坏碳材料的结构, 以致不利于碳负极表面的致密钝化膜的生成, 使得实际的放电容量, 首次充放电效率很低。

为了兼得比容量+循环稳定性,可通过碳包覆结合石墨本身的高比容+包覆材料的循环稳定。1)石墨作为负极,优点是比容量高,但会造成电解液的还原,影响体系的稳定;2)无定形碳作为负极, 优点是与电解液的反应少, 虽可生成比较致密的钝化膜, 但比容量小。为了兼得二者优点, 普遍采用包覆技术制备具有核壳结构的碳材料, 即以高结晶度碳材料(例如石墨)为核材料, 以无定形碳材料为壳材料(包覆材料) ,各取其优点,起到既能抑制电解液的分解, 又能增加电池容量, 改善其循环特性的效果。

从材料性能看,包覆石油基可纺沥青石墨化后,克容量更高+污染小,成为主流技术路线。无定形碳包覆材料主要有沥青、酚醛树脂等。其中酚醛树脂包覆层与石墨基体结合的牢固性差,包覆层容易被破坏,效果不佳,因此并非主流路线。沥青基经过交联固化形成的多芳环结构化合物与石墨材料结构相似, 结合力强,提高了负极材料与电解液的相容性, 防止了溶剂的共嵌入, 分解和石墨结构剥离, 具有很高的可逆电化学容量, 提高了负极材料的首次库仑效率和循环稳定性。沥青基又分为煤基可纺沥青和石油基可纺沥青,其石油基沥青石墨化后克容量更高且污染排放更小,因此目前负极碳包覆以石油基可纺沥青为主流技术路线。

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