中國粉體網(wǎng)訊 負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵組成部分，對鋰離子電池性能有著重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)極材料的造粒方式對其性能有較大影響。
研究人員以煤系針狀焦為原料，經(jīng)破碎、石墨化得到一次顆粒負(fù)極材料，對石墨化機(jī)理及儲(chǔ)鋰機(jī)制進(jìn)行研究，結(jié)果表明，一次顆粒負(fù)極材料的首次庫倫效率為84%。雖然以針狀焦為原料的一次顆粒負(fù)極材料具有較高的容量，但由于針狀焦特有的流線型纖維結(jié)構(gòu)使其在各個(gè)方向上的取向度不同，單采用針狀焦制備的一次顆粒負(fù)極材料在電化學(xué)性能方面仍存在一定缺陷，容易造成電池膨脹，且倍率性能一般，首次庫倫效率較低，在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)導(dǎo)致大量消耗正極材料，從而增加成本。目前，負(fù)極材料制備工藝逐漸改進(jìn)，以改善負(fù)極材料的加工性能、首次庫倫效率及倍率性能。
人造石墨（圖片來源：貝特瑞網(wǎng)站）
二次造粒有利于提高負(fù)極材料性能。二次造粒工藝是將骨料粉碎獲得小顆�；暮�，使用瀝青作為黏結(jié)劑，根據(jù)目標(biāo)粒徑的大小，在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行二次造粒，經(jīng)過后續(xù)石墨化等工藝，獲得成品二次造粒負(fù)極材料。對單顆粒負(fù)極進(jìn)行二次造粒工藝，可以豐富Li+在晶格內(nèi)嵌脫的通道數(shù)量，進(jìn)一步提升負(fù)極材料的倍率性能及低溫性能。小顆粒比表面積大，鋰離子遷移通道多、路徑短、倍率性能好，大顆粒壓實(shí)密度高，容量大。二次顆粒負(fù)極材料可以兼顧大顆粒和小顆粒的優(yōu)點(diǎn)，成為容量高、倍率性能好的負(fù)極材料。此外，利用造粒工藝形成的二次顆粒負(fù)極材料可增加負(fù)極材料的各向同性，改善電池的首次庫倫效率和倍率性能。
1、不同黏結(jié)劑量下二次顆粒人造石墨負(fù)極材料性能分析
研究者以煤系針狀焦生焦為原料、自制高性能煤瀝青為黏結(jié)劑，對針狀焦生焦進(jìn)行造粒加工處理，制備具有高能量密度和倍率性能的二次顆粒人造石墨負(fù)極材料。采用不同的分析方法，對黏結(jié)劑瀝青添加量分別為5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），8%和12%時(shí)二次顆粒人造石墨負(fù)極材料的理化指標(biāo)和電化學(xué)性能進(jìn)行分析。當(dāng)黏結(jié)劑瀝青添加量為8%時(shí)，造粒工藝效果最為理想，原料單顆粒在黏結(jié)劑瀝青的作用下聚集而成的二次顆粒量最多，相較于其他黏結(jié)劑瀝青量下制備的人造石墨負(fù)極材料，該條件下制備的人造石墨負(fù)極材料的粒度和振實(shí)密度有明顯的提高。在電化學(xué)測試方面，8%CP-AG在0.1C電流密度下的首次充電比容量和首次庫倫效率分別為345.7mAh/g和95.6%，均高于5%CP-AG和12%CP-AG的首次充電比容量和首次庫倫效率；在倍率性能測試中，8%CP-AG在1C和2C電流密度下也展現(xiàn)出較高的倍率充放電能力。將煤瀝青轉(zhuǎn)化成針狀焦和黏結(jié)劑瀝青，制備成二次顆粒人造石墨負(fù)極材料，保留了一次顆粒負(fù)極材料高容量的優(yōu)勢，同時(shí)彌補(bǔ)了一次顆粒在倍率性能方面的不足，還可以實(shí)現(xiàn)煤瀝青的高附加值利用。
2、單顆粒人造石墨負(fù)極材料與二次顆粒人造石墨負(fù)極材料對電池性能的影響
為優(yōu)化功率型鋰離子電池的性能，研究人員以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）/石墨體系方形電池為對象，對比兩種不同功率型負(fù)極材料（單顆粒人造石墨和二次顆粒人造石墨）的理化差異，分析兩種負(fù)極材料對電池電化學(xué)性能的影響。
單顆粒人造石墨（a）和二次顆粒人造石墨（b）SEM圖
研究人員分別從理化指標(biāo)、電化學(xué)阻抗、直流內(nèi)阻、不同溫度恒功率充放電、低溫脈沖放電、倍率性能、循環(huán)性能、高溫存儲(chǔ)性能等方面對負(fù)極材料及組裝的電池進(jìn)行分析。分析認(rèn)為，二次顆粒人造石墨負(fù)極材料的粒徑分布更窄，提升了動(dòng)力學(xué)性能，并具有更低的阻抗特性，在室溫條件下，制備的電池的充放電直流內(nèi)阻比單顆粒人造石墨負(fù)極材料制備的分別降低16.58%和13.96%。二次顆粒人造石墨負(fù)極材料大電流充放電性能及低溫性能更好，在恒功率充放電、低溫脈沖放電及倍率性能測試中表現(xiàn)更出色；常溫下以3.00C在2.8V-4.2V循環(huán)2500次，容量保持率為86.7%，較單顆粒人造石墨負(fù)極提高1.5%。二次顆粒人造石墨負(fù)極材料由于比表面積增大，高溫存儲(chǔ)性能略有下降，滿電存儲(chǔ)30d后，殘余容量及恢復(fù)容量分別比單顆粒人造石墨負(fù)極低1.4%和1.5%。
小結(jié)
對于負(fù)極材料而言，其粒度、形貌、比表面積、石墨化度、振實(shí)密度等都會(huì)影響鋰離子電池性能。不同的造粒方式會(huì)對負(fù)極材料及鋰離子電池性能產(chǎn)生一定影響，通過對比分析，相對于單顆粒負(fù)極材料，通過二次造粒工藝制備的二次顆粒負(fù)極材料在性能上更加優(yōu)越，同時(shí)也說明正確評估材料的特性并合理選材，對于鋰離子電池性能優(yōu)化也非常重要。
參考來源：
1、郭明聰?shù)?二次顆粒人造石墨負(fù)極材料的制備及儲(chǔ)鋰性能
2、王紀(jì)威等.二次造粒石墨對鋰離子電池性能的影響
3、孫世敏等.小粒徑石墨顆粒對鋰離子電池性能影響研究
4、劉海豐等.人造石墨用于鋰離子電池負(fù)極材料的性能分析評價(jià)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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