电池寿命衰老的根本原因是什么？石墨烯负极材料能改变这一现状吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 09:04
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虽然高容量的Si负极材料的应用逐渐普及，但石墨负极凭借着优异的电化学性能仍然是目前主流的锂离子电池负极材料。在充电过程中Li+从正极脱出经过电解液扩散到负极表面嵌入到石墨负极内部，放电的过程则正好相反，石墨材料的嵌锂电位与金属Li接近，这一方面能够有效的提高锂离子电池的电压，从而提高能量密度，但是另一方面也导致目前常规的碳酸酯类电解液会在石墨负极表面发生还原分解，从而导致活性Li的消耗，众多的研究表明电解液在负极表面的分解是造成锂离子电池容量衰降的重要原因，因此石墨负极材料的选择对于提升锂离子电池的寿命特性具有重要的意义。
近日，美国橡树岭国家实验室的ChengyuMao（第一作者）和ZhijiaDu（通讯作者）等人分析了6款主流的人造和天然石墨材料对于NCM811电池的循环性能的影响，分析表明比表面积更小的材料能够得到更高的首次库伦效率，并且在长期循环中也表现更好。
实验中ChengyuMao以来自加拿大Targray公司的NCM811材料为正极，六款石墨负极分别是来自ConcoPhillips公司的A12、GrafTech公司的APS19、昭和电工的SCMG-BH、日立化成的MAGE和MAGE3和Superior公司的SLC1520T（六种材料信息如下表所示）。
下图为几种石墨材料的形貌，从图中能够看到SCMG-BH、MAGE和MAGE3材料基本上呈现为“土豆”形，A12和APS19则呈现片状结构，SLC1520T材料更接近球形结构，表面比较光滑，因此SLC1520T也获得了最小的比表面积（如上表所示）。
石墨晶体尺寸可以通过颗粒的截面图获得，从下图能够看到SCMG-BH材料的石墨晶体尺寸颗粒最小，由于电解液更容易在石墨晶体片的边缘分解，因此晶体颗粒更小的SCMG-BH材料会导致更多的电解液分解，从而引起电池的库伦效率偏低，并影响锂离子电池的循环寿命。
下图为6种负极材料在扣式电池中以C/3倍率放电的可逆容量，从图中能够看到大多数石墨的可逆容量都能够达到350mAh/g以上，仅昭和电工的SCMG-BH材料的可逆容量为322mAh/g。
石墨负极在首次嵌锂过程中随着电势的降低，电解液会在石墨负极表面发生分解，因此石墨的比表面积会对电池的首次充放电库伦效率产生显著的影响，下图为NCM811材料与不同的石墨负极组成的全电池（软包）的化成过程充放电曲线，NCM811材料在首次充放电中的容量发挥如下表所示，其中比表面积较小的日立化成的MAGE材料的首次效率最高，达到了86.1%，其次是SLC1520T，而首次库伦效率最低的为MAGE3材料，仅为82.2%，这也与其高达4.97m2/g的大比表面积有关。
近日，美国橡树岭国家实验室的ChengyuMao（第一作者）和ZhijiaDu（通讯作者）等人分析了6款主流的人造和天然石墨材料对于NCM811电池的循环性能的影响，分析表明比表面积更小的材料能够得到更高的首次库伦效率，并且在长期循环中也表现更好。
实验中ChengyuMao以来自加拿大Targray公司的NCM811材料为正极，六款石墨负极分别是来自ConcoPhillips公司的A12、GrafTech公司的APS19、昭和电工的SCMG-BH、日立化成的MAGE和MAGE3和Superior公司的SLC1520T（六种材料信息如下表所示）。
下图为几种石墨材料的形貌，从图中能够看到SCMG-BH、MAGE和MAGE3材料基本上呈现为“土豆”形，A12和APS19则呈现片状结构，SLC1520T材料更接近球形结构，表面比较光滑，因此SLC1520T也获得了最小的比表面积（如上表所示）。
石墨晶体尺寸可以通过颗粒的截面图获得，从下图能够看到SCMG-BH材料的石墨晶体尺寸颗粒最小，由于电解液更容易在石墨晶体片的边缘分解，因此晶体颗粒更小的SCMG-BH材料会导致更多的电解液分解，从而引起电池的库伦效率偏低，并影响锂离子电池的循环寿命。
下图为6种负极材料在扣式电池中以C/3倍率放电的可逆容量，从图中能够看到大多数石墨的可逆容量都能够达到350mAh/g以上，仅昭和电工的SCMG-BH材料的可逆容量为322mAh/g。
石墨负极在首次嵌锂过程中随着电势的降低，电解液会在石墨负极表面发生分解，因此石墨的比表面积会对电池的首次充放电库伦效率产生显著的影响，下图为NCM811材料与不同的石墨负极组成的全电池（软包）的化成过程充放电曲线，NCM811材料在首次充放电中的容量发挥如下表所示，其中比表面积较小的日立化成的MAGE材料的首次效率最高，达到了86.1%，其次是SLC1520T，而首次库伦效率最低的为MAGE3材料，仅为82.2%，这也与其高达4.97m2/g的大比表面积有关。
