改性天然鳞片石墨锂离子电池负极材料的研究_吴其修

112AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车现代化社会，各种人工智能技术、大数据平台或者是电力能源的全面发展，都在不断的提高各行业内部运行设备所需要的电能，而对于目前使用广泛的电力能源储存设备锂离子电池，怎样在保障自身效益扩大的同时，满足不同消费群体的需求，还需要作出全面改革，例如：如何扩充储锂容量、提高倍率性能及循环稳定性等，而对锂离子电池关键构件进行分析，起到核心作用的就是石墨负极材料。

对此，石墨负极材料的性能，对锂离子电池后期发展和使用效益有着决定性作用。

再加上石墨导电效率优良，还具备良好的锂离子嵌入、脱出性能，多种优势条件也最终使得石墨变成锂离子电池体系当中使用率为最高、商业化程度为最广泛的负极材料。

但是由于受石墨微观结构客观因素影响，造成石墨理论储锂容量只能达到372mA.h/g，从而出现了电解液兼容性较差、体积膨胀率过高等问题，最终严重影响到了电极能量的密度以及循环稳定性。

对此，意识到问题的严重性，若是要想让实现石墨负极材料性能综合性提升，目前已有诸多国内外重量级研究人员投入到对石墨负极材料改性研究工作当中，也做到了多角度、多层面的研究分析，同时也取得了一定的成果。

1　锂离子电池的电化学机理及石墨嵌锂机制作为一种正常锂离子浓差电池，锂离子电池可分为正极、负极、隔膜、电解液等。

设置石墨负极、LiCoO 2正极，然后综合以上因素，研究锂离子电池的工作机制，可以看出，在对其进行充电期间，清晰看到锂离子在正极LiCoO 2晶格中顺利脱出，而后锂离子循序渐进扩散到电解液中，并在最后穿过隔膜而进入到石墨负极层。

整个过程中，为充分保障电荷之间平衡度，会有同等数量的电子在正极中释放出来，并从外电流路流到石墨负极中，此时会构建出一个回路整体[1]。

而在放电过程中，负极石墨层间的锂离子又开始慢慢脱出，再经电解液，最后返回并嵌入到LiCoO 2晶格中，此时电子会经外电流路传输到正极，这样就可以实现以此充电、放电循环。

锂离子电池用石墨负极材料改性研究进展一、概述锂离子电池作为当代能源存储技术的代表，其性能优化和成本降低一直是科研和产业界关注的焦点。

负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了电池的整体性能。

石墨材料以其稳定性高、导电性好、来源广等优点，成为目前较为理想的锂电池负极材料。

天然石墨负极在比容量及倍率性能上仍存在不足，难以满足高性能负极材料的需求。

对石墨负极材料进行改性研究，以提高其性能，具有重要的理论和实际意义。

研究者们针对石墨负极材料的改性进行了大量研究，探索了多种改性方法。

这些方法主要包括球形化处理、表面处理、掺杂改性等，旨在改善石墨负极材料的结构、形貌和电化学性能。

球形化处理可以优化石墨的形貌，使其更接近各向同性，从而提高比容量；表面处理则通过改变石墨表面的化学性质，提高首次充放电效率；掺杂改性则通过引入其他元素或化合物，提高石墨的导电性和稳定性。

单一的改性方法往往难以达到理想的改性效果，研究者们开始探索多种方法协同改性的可能性。

通过多种方法协同改性，可以综合提高石墨负极材料的性能，使其在比容量、倍率性能、循环稳定性等方面都有显著提升。

随着科技的不断发展，新型的改性方法和技术也不断涌现。

近年来兴起的纳米技术、复合材料技术等，为石墨负极材料的改性提供了新的思路和方法。

这些新技术和新方法的应用，有望为锂离子电池用石墨负极材料的改性研究带来新的突破。

锂离子电池用石墨负极材料的改性研究是一个持续且深入的领域。

通过对石墨负极材料进行改性，可以有效提高其性能，推动锂离子电池技术的发展和应用。

随着研究的深入和新技术的不断涌现，石墨负极材料的性能将得到进一步提升，为锂离子电池的发展和应用提供更加坚实的基础。

1. 锂离子电池的重要性及应用领域锂离子电池，作为当代最重要的能源储存设备之一，其重要性在科技发展和日常生活中日益凸显。

它凭借高能量密度、长寿命、无记忆效应以及快速充电能力等诸多优点，已经成为新能源汽车、消费电子产品、能源存储系统以及航天航空等众多领域不可或缺的核心部件。

锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展一、内容描述通过调整石墨晶体的结构，可以有效地提高其作为锂离子电池负极材料的性能。

通过施加高压等静压处理，可以减小石墨颗粒之间的嵌合程度，从而提高其电化学性能。

利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨负极材料具有更加规整的表面形貌，有利于锂离子的嵌入和脱出。

表面修饰是一种有效的改性和优化石墨负极材料的方法。

通过物理或化学手段，在石墨表面引入特定的官能团或纳米结构，可以提高其在锂离子电池中的稳定性。

利用有机溶剂或水溶性聚合物对石墨进行包覆处理，可以有效防止石墨表面的锂枝晶生长，从而提高电池的安全性。

石墨负极材料的颗粒形貌对其电化学性能也有重要影响。

通过控制石墨的成核、生长和集料过程，可以制备出具有一定形状、粒度和分布的石墨负极材料。

特定形貌的石墨负极材料具有更高的比表面积和更低的锂离子扩散电阻，有利于提高电池的能量密度和功率密度。

石墨负极材料的组成对其性能也有一定的影响。

通过添加其他元素或化合物，可以改善石墨负极材料的结构稳定性和电化学性能。

在石墨中添加硅、锡等元素，可以增加石墨的理论嵌锂容量；添加硫、氮等元素，可以作为锂离子电池的电解质和吸附剂，提高电池的循环稳定性。

《锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展》将围绕石墨负极材料的结构改良、表面修饰、形貌调控和组成优化等方面进行深入探讨，以期推动锂离子电池技术的不断发展和应用领域的拓展。

1. 锂离子电池的发展历程金属锂插层电池时代 (1970s1980s)：在该阶段，研究人员开始关注锂插层化合物，例如LiMn2O4等，作为新一代蓄电池的可行性。

这些早期的锂离子电池使用金属锂作为阳极，然而由于金属锂在充放电过程中会产生锂枝晶，导致电池循环性能较差，因此该方法并未实现大规模商业化应用。

锂离子动力电池的诞生 (1990s)：为解决金属锂插层电池存在的体积膨胀和锂枝晶问题，研究者们开始探索石墨类材料作为锂离子电池的负极。

天然石墨因其出色的循环稳定性、高比容量和低成本成为首选的负极材料。

《基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，对于高性能电池的需求愈发强烈。

在众多的电池技术中，锂离子电池因其高能量密度、无记忆效应和长寿命等优点被广泛地应用在移动电子设备、电动汽车和可再生能源存储系统中。

然而，传统的锂离子电池的负极材料仍面临诸多挑战，如能量密度不足、充放电速度慢等问题。

为此，对新型负极材料的研究成为了科研领域的热点。

其中，基于石墨烯的锂离子电池负极材料因其卓越的电化学性能和物理特性，正逐渐成为研究的焦点。

二、石墨烯及其在锂离子电池负极材料中的应用石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、高比表面积和出色的机械强度。

这些特性使得石墨烯在锂离子电池负极材料中具有巨大的应用潜力。

在锂离子电池中，负极材料的主要功能是存储锂离子。

通过将石墨烯作为负极材料或与其他材料复合，可以提高电池的充放电性能和能量密度。

三、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的制备与研究（一）制备方法目前，制备基于石墨烯的锂离子电池负极材料的方法主要包括化学气相沉积法、液相剥离法、还原氧化石墨烯法等。

其中，液相剥离法因工艺简单、成本低廉、适合大规模生产等特点受到广泛关注。

通过选择合适的分散剂和溶剂，可以在液相环境中将石墨烯剥离成单层或几层结构，从而实现规模化生产。

（二）复合材料研究为了进一步提高石墨烯负极材料的性能，研究者们通过将石墨烯与其他材料（如硅基材料、金属氧化物等）进行复合。

这种复合材料可以充分利用各组分的优点，实现性能的互补和优化。

例如，硅基材料具有较高的容量，但充放电过程中体积效应明显；而石墨烯的高导电性和高比表面积可以有效地缓解这一体积效应，从而提高电池的循环性能和充放电速度。

（三）性能研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料具有较高的首次放电容量、良好的循环性能和优异的倍率性能。

这得益于石墨烯的高导电性、高比表面积以及与其他材料的良好复合效果。

此外，这种负极材料还具有优异的热稳定性和安全性，能够满足电动汽车等应用领域对电池的高要求。

天然石墨负极材料表面改性研究的开题报告1. 研究背景和意义锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、轻量化等优点，在移动电源、电动车辆、储能系统等领域有广泛应用。

其中，正极和负极是锂离子电池的核心组成部分，其性能对电池寿命和性能具有重要影响。

天然石墨是一种理想的负极材料，但其比容量仍有进一步提高的空间。

在负极材料表面引入改性物质，可以改善电池循环寿命、提高容量和提高循环性能。

因此，对天然石墨负极表面改性进行深入研究，具有重要的理论和应用意义。

2. 研究内容和方法本课题旨在探讨通过改性手段提高天然石墨负极材料性能的可行性和有效性。

具体研究内容如下：（1）分析天然石墨的结构特性。

（2）介绍负极表面改性的原理及影响。

（3）选定一些改性物质，例如碳纳米管、硅等，考察它们对天然石墨负极的改性效果。

（4）采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X光衍射等表征手段，对天然石墨负极材料表面的微观结构和物理化学特性进行测试。

（5）通过对改性后天然石墨负极材料的电化学性能进行测定，研究表面改性对材料的电化学性能的影响。

3. 研究进展和预期成果目前，天然石墨负极材料的表面改性已成为锂离子电池研究的一个热点领域。

相关文献表明，通过选择适当的改性物质，可以显著提高负极材料的电化学性能，例如提高容量、循环寿命等。

本课题将在前人研究的基础上，深入探索不同改性物质对天然石墨负极材料的改性效果，进一步理解表面改性的原理和影响。

预期成果包括：（1）对天然石墨负极材料的表面改性进行深入探究，揭示表面改性物质的影响机理。

（2）得到一些优秀的表面改性物质，可用于锂离子电池负极的设计和工业应用。

（3）建立一套完整的表征手段，可用于对锂离子电池材料的表面结构和物理化学特性等进行测试。

4. 研究难点和解决方案本课题的难点在于：（1）如何选择适当的表面改性物质，以实现最佳的效果。

（2）天然石墨负极材料结构复杂，其表征和分析比较困难。

（3）如何建立一套可靠的测试方法，对表面改性对电化学性能的影响进行准确测定。

专利名称：一种长寿命的改性的天然石墨负极材料及其制备方法和用途
专利类型：发明专利
发明人：吴其修,叶振坤,叶雨佐,史有利
申请号：CN201710898458.7
申请日：20170928
公开号：CN107814382A
公开日：
20180320
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种改性的天然石墨负极材料及其制备方法和用途，本发明采用热等静压机对天然石墨粉末和沥青进行浸渍处理，可以完全确保沥青在高温高压下填充石墨颗粒内部的孔隙，同时在其表面形成沥青包覆层，经石墨化后，得到人造石墨原位镶嵌在天然石墨内部及表面的具有核壳结构的改性的天然石墨负极材料，天然石墨孔隙中人造石墨的填充率≥94％，颗粒表面光滑，球形化度高。

本发明方法所制备的改性的天然石墨负极材料首次库仑效率≥96％，室温1C循环1500周容量保持率≥80％，可见，本发明所制备的材料首次库仑效率高，使用寿命长，可以代替人造石墨制作动力电池负极材料，从而大大降低成本。

该方法制备工艺简单，成本低廉，具有较高的实用性。

申请人：广东东岛新能源股份有限公司,湛江市聚鑫新能源有限公司
地址：524432 广东省湛江市奋勇高新区东盟产业园文莱路01号
国籍：CN
代理机构：北京知元同创知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：刘元霞
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专利名称：锂离子电池用正、负极材料及其改性方法专利类型：发明专利
发明人：吴其修,张万红
申请号：CN201010299811.8
申请日：20100930
公开号：CN101969112A
公开日：
20110209
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种锂离子电池用正、负极材料及其改性方法，要解决的技术问题是提高电极材料的电化学性能。

本发明的锂离子电池用正、负极材料，表面包覆有一层网状结构的碳纳米管或纳米碳纤维，负极材料的包覆层厚度为1～400nm，正极材料的包覆量为电极材料的0.5～5％。

其改性方法包括以下步骤：形成电极材料、催化剂与碳纳米管或纳米碳纤维的混合物，加水搅拌使其成糊状物，加热反应。

本发明与现有技术相比，在表面包覆一层网状碳纳米管或纳米碳纤维，材料各个方面的性能都得到了改善，提高了电极材料的电化学性能，达到材料应用时不需要额外的加入导电剂的目的，简化锂离子电池极片的制作工艺。

申请人：湛江市聚鑫新能源有限公司,张万红
地址：524051 广东省湛江市坡头区官渡工业园内
国籍：CN
代理机构：深圳市中知专利商标代理有限公司
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专利名称：锂离子动力电池负极材料的制造设备专利类型：实用新型专利
发明人：吴其修,岳杰
申请号：CN201220121422.0
申请日：20120327
公开号：CN202495529U
公开日：
20121017
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种锂离子动力电池负极材料的制造设备，要解决的技术问题是提高锂离子动力电池负极材料质量，降低操作人员的劳动强度。

本实用新型设有物料储罐、混合机、筛分机和包装机，制造设备的进料管与物料储罐之间、物料储罐与混合机之间、混合机与筛分机之间、筛分机与包装机之间分别经管道密封连接，制造设备上设有控制器，控制器分别连接混合机、筛分机和包装机。

本实用新型与现有技术相比，将物料储罐、混合机、筛分机和包装机设备密封连接，通过控制器进行控制，在密封的环境下实现自动化生产、输送、配比混合、筛分、除磁包装，提高工作效率、使得车间无粉尘、降低劳动强度、车间噪音、能耗，提高了锂离子动力电池负极材料的质量。

申请人：湛江市聚鑫新能源有限公司
地址：524051 广东省湛江市坡头区官渡工业园内
国籍：CN
代理机构：深圳市中知专利商标代理有限公司
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