石墨炭材在锂离子电池中的嵌锂特性与应用

“石墨类炭材科具有以下嵌锂特性-1--锂离子电池材料及电池” 锂离子电池是一种广泛应用的可充电电池，它的核心在于其独特的嵌锂特性。石墨类炭材料是锂离子电池的理想负极材料，主要因为以下几个关键特性： 1. 良好的导电性和结晶度：石墨材料拥有高度有序的层状结构，这使得锂离子能容易地在石墨层间嵌入和脱嵌，提供了高的嵌锂容量。锂离子电池的负极通常可以达到1阶GIC-LiC6状态，理论容量为372mAh/g。在实际应用中，充放电比容量可超过300mAh/g，充放电效率高达90%以上，不可逆容量低于50mAh/g，这意味着电池在多次充放电过程中能保持较高的能量转换效率。 2. 低且平坦的嵌锂电位：石墨负极的嵌锂过程发生在大约0.0~0.2V（相对于Li/Li+）的电压区间，这为锂离子电池提供了高且稳定的运行电压平台，有利于电池性能的稳定和延长电池寿命。 3. 对溶剂的敏感性：石墨材料与某些有机溶剂如PC、THF、DMSO、DME的相容性较差，这可能导致溶剂侵入石墨层间，破坏其结构。为解决这一问题，通常会添加第二或第三种溶剂来改善石墨与电解液的相容性，形成保护层，防止溶剂对石墨结构的损害。 锂离子电池的发展历程： 锂一次电池因其高能量密度、宽工作温度范围和长久的储存寿命等特点，已被商业化应用于多个领域。然而，由于不能重复充电，存在资源浪费和成本高的问题。20世纪60年代至70年代，金属锂作为负极的二次电池研究开始，但由于金属锂的化学活性高，容易引起电解液分解，形成锂枝晶，以及循环性能和安全性的挑战，未能实现广泛应用。 锂离子二次电池的出现改变了这一局面。20世纪80年代，以TiS2、MoS2等为正极的锂离子电池研发取得进展，但因锂电极的循环性和安全性问题，未达到实用化。1989年MoliEnergy公司的Li/MoS2电池发生安全事故，锂离子电池的研发一度陷入低谷。 锂离子电池技术的重要人物Manley Stanley Whittingham在锂离子电池领域做出了重大贡献，他的工作包括开发首个锂离子电池和引入水热合成法制备电极材料，这种方法至今仍被广泛应用。 负极材料的发展历史从金属锂开始，逐渐发展到使用石墨类炭材料，如TiS2和MoS2，这些材料能有效提高电池的循环稳定性和安全性。随着科技的进步，研究人员不断探索新的负极材料，以进一步提升锂离子电池的性能和安全性。