上海杉杉锂电负极材料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,All right reserved.Shanshan Tech.2010,*,Supplier,LIB Materials,高容量负极材料开发,上海杉杉科技有限公司,2010-12,天津,提 纲,一、高容量合金负极材料应用简介,二、高容量合金负极材料介绍,三、杉杉科技高容量合金材料开发进展,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,一、,高容量合金负极材料应用简介,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,高容量,18650,电池容量发展趋势,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,Si/Sn,负极材料在锂电池中的应用,在,3.2Ah18650,电池中，除,SONY,继续采用锡基合金外，各大电池均有引入硅系负极材料的开发计划。,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,高容量合金负极材料需求趋势,2008,年下半年市场对高容量锂离子电池需求越来越强烈。,锂电制造商将为了满足他们的需要，制作电池负极将采用 最高容量的石墨型（新,MAG,产品,KMFC-GC,，,Mitsubishi ICG,等,),，这样电池很可能达到,3.0Ah,，而对于,3.2Ah,以上的电池，电池制造商打算使用合金型负极。,各大电池厂家均有在,2010,左右规模使用合金型负极材料生产,18650,型电池开发计划。,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,SONY,锡基,Nexelion,电池介绍,项目,传统电池,(14430G6),Nexelion(14430W1),负极材料,石墨,(,碳,),锡基无定形材料,正极材料,钴酸锂,多相复合材料（钴、锰、镍氧化物与钴酸锂混合物）,电解液,组合电解液,新开发组合电解液,大小,直径,14mm x,高,43mm,直径,14mm x,高,43mm,容量,(0.2CmA)Size,700mAh,2.6Wh,900mAh,3.1Wh diameter,标准放电电压,4.2V-3V,4.2V-2.5V,能量密度,395Wh/l,144 Wh/kg,478Wh/l,158 Wh/kg,重量,18 g,20 g,采用合金负极材料，电池容量提高,30%,但对正极、电解液体系也有新的要求，放电电压也有所变化,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,SnCoTi,合金,(,无定形化合物,),特点,体积比容量提高了,50%,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,MAXELL,硅系电池特点,日立麦克赛尔开发出了通过负极采用硅类材料，容量可比该公司原产品提高,10,的锂离子充电电池。,2010,年,6,月开始面向智能手机供货。,现有电池体系几乎不做任何改变,实现了高容量，高倍率，低成本,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,MAXELL,硅系负极材料介绍,先开发硅系材料的“西瓜”结构前驱体：非晶态物质二氧化硅类似于“瓜瓤”，与纳米硅有一定的亲和性，能有效抑制硅在循环充放时的体积变化；有电活性的纳米硅相当于“瓜子”，表面碳为“瓜皮”，其作用为减少活性物质与电液的直接接触而消耗。,前驱体容量可以达到,1000-2000mAh/g,，因电池设计、匹配等原因，无法直接应用于现有电池体系，按一定比例掺入石墨中,(,图右,),，能显著提高容量，达到实用的目的。可以认为是负极材料的革命性进展。,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,MAXELL,硅系负极材料介绍,SiO,-C,将,nm,级的硅分散到非晶,SiO2,的构造体内,硅在充电后变成,Li4.4Si,，放电后又复原为硅。充放电导致的体积膨胀及缩小可利用,SiO,-C,复合体缓解，即使反复充放电“硅也不会出现裂纹”、因此，实现了与原产品相同的充放电循环寿命。,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,二、高容量合金类负极材料简介,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,Graphite,Si,Sn,Average,discharge,potential,(vs.Li/Li,+,),0.1 V,(J.R.Dahn et al),0.4 V,(M.Yoshio et al),0.5 V,(J.O.Besenhard et al),Sn composite oxide,(TCO),Co,3,O,4,Li,2.6,Co,0.4,N,Average,discharge,potential,(vs.Li/Li,+,),0.5 V,(Y.Idota et al),2 V,(Tarascon et al),0.8 V,(T.Shodai et al),In terms of capacity and reaction potential,Si,and Sn,are the most promising anode materials!,潜在的合金类负极材料,(1),Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,Gravimetric capacity(mAh/g),Volumetric capacity(mAh/cm,3,),Alloys,Sn(931),-,J.O.,Besenhard et al,CuSn(647),Sn,2,Fe(800)-,J.R.Dahn et al,SnSb(764.1)-,J.Yang et al,Si(4200),-,M.Yoshio et al,Sn(2200),-,J.O.,Besenhard et al,Si(9786),-,M.Yoshio et al,Nitrides,Li,2.6,Co,0.4,N(900)-,T.Shodai et al,Li,7,MnN,4,(250)-,M.Nishijima et al,Li,2.6,Co,0.4,N(1611)-,T.Shodai et al,Oxides,CuO(400)-,S.Grugeon et al,CoO(600),NiO(600),Co,3,O,4,(700)-,J.M.Tarascon et al,SnO(875)-,R.A.Huggins et al,TCO(600)-,Y.Idota et al,CoO(3840),Co,3,O,4,(4277)-,J.M.Tarascon et al,TCO(2200)-,Y.Idota et al,潜在的合金类负极材料,(2),Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,金属储锂机理,元素名称,理论容量,(mAh/,克,),储能机理,Li,3600,Si,4200,xLi,+,+xe,-,+Si Li,x,Si,（,0 x4.4,）,Sn,994,xLi,+,+xe,-,+Sn Li,x,Sn,（,0 x4.4,）,石墨,372,Li+6C=LiC6,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,石墨类负极充放电机理,C,6,+Li,x,M,m,O,n,Li,y,C,6,+Li,x-y,M,m,O,n,石墨类负极充放电时，发生,10%,体积变化,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,Li-Si,复合物基本参数,体积变化：,411%,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,x Li,+,+xe,-,+M Li,x,+,M,-,discharge,charge,Lithiated M:M,-,large volume expansion,Nesper et al.,Li,x,M:ionic bonding,brittle nature,poor mechanical stability,How to prevent the volume expansion?,Chemical reaction,SEI layer:,Electrically,insulating film,Dead volume,Li,+,Volume expansion,200 470%,合金与锂反应机理,合金类负极充放电时，发生,300%,体积变化,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,合金负极材料开发的主要问题,充电,放,电,充放电产生,3,倍的体积膨胀,体积膨胀,Confidential,晶胞,晶胞膨胀,All right reserved.Shanshan Tech.2010,合金材料开发的解决思路与工艺,(1),合金类负极的反复脱嵌导致其在充放电过程中体积变化较大，逐渐粉化失效，再加之金属间相很脆，因此循环性能不好。,解决此困难的办法之一就是制备超细合金活性体系，因为它们在锂化过程中绝对体积变化小。,活性物质纳米化。活性物质颗粒的尺寸缩小一半，单个颗粒的体积将缩小,8,倍。活性物质颗粒的纳米化有望大大缓解体积变化效应；,纳米化,虽然纳米硅能抑制脱嵌锂过程中引起的体积变化，但纳米硅颗粒容易发生团聚，研究和比较表明：常温下锂离子的嵌脱会破坏纳米硅的晶体结构，循环下降。,All right reserved.Shanshan Tech.2010,制备成纳米线，电子传导在,1D,方向进行，所有硅得到利用，纳米线之间缝隙，预留了膨胀空间，有效的改善了材料的循环性能,合金材料开发的解决思路与工艺,(2),纳米线,粉化,All right reserved.Shanshan Tech.2010,合金材料开发的解决思路与工艺,(3),该方法包含了两种材料的混合，一种为活性物质，另一种作为惰性的局域缓冲。在这种复合材料中，活泼相纳米级金属团簇被包裹在惰性非晶相基体中，在嵌锂过程中很好地消除了产生的内应力，从而提高了合金化反应的可逆性。,采用无定形,C,或纳米级别的粉体或其复合物作为锂离子电池的负极材料，可以有效地克服由于体积效应引起的电极片破裂现象，从而达到改善其电化学性能的目的,.,包埋,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,合金材料开发的解决思路与工艺,(4),CVD,在炭材料上气相沉积纳米硅，同时解决了材料的分散与复合问题，树状结构提供了一个良好的缓冲体,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,合金材料开发的类型,包覆型,(,核,-,壳结构,),、嵌入型和分子接触型,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,三、,杉杉科技高容量合金负极 材料开发进展,Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,杉杉科技合金材料研究进展,Sn-C,合金负极材料,(2005.08-2008.11),Si-X-C,合金负极材料,(2009.12-,至今,),Confidential,All right reserved.Shanshan Tech.2010,Sn-C,合