小谈锂电池碳材料基本性能

2013-09-23 16:37

　　碳原子为周期表中第六号元素，尽管比较简单，但是它组成的物质丰富多彩，更不用说生物体的复杂性。单就碳材料而言，人们了解得其实并不是很多。

　　在碳材料中，碳主要以sp2、sp3杂化形式存在，形成的品种有石墨化碳、无定形碳、富勒碳、碳纳米管等。621碳材料的结构在碳材料中，C-C键的键长单键一般为0.154nm，双键为0.142nm。当然随品种不同，也会发生一定的变化，在这里不多述。C=C双键组成六方形结构，构成一个平面(墨片面)，这些面相互堆积起来，就成为石墨晶体。石墨晶体的参数主要有La、Lc和d002。La为石墨晶体沿a轴方向的平均大小，Lc为墨片面沿与其垂直的c轴方向进行堆积的厚度，随碳种类不同，小到1nm，大到10μm或更大，一般用X射线衍射确定。当La在约2.5～10nm时，对拉曼光谱的影响大，又可用拉曼光谱进行测定。

　　锂电池由于墨片面之间通过范德华力相互结合在一起，因此较易平移，也使石墨具有各向异性，基面(basalplane，与墨片面平行)端面(edgeplane，与墨片面垂直)的性能明显不同。d002为墨片面之间的距离。对于理想的单晶而言为0.3354nm，对无定形碳材料而言，可以高达0.37nm甚至更高。当插入其它原子或离子时，也可高达1nm以上。

　　在了解上述参数后，必须意识到即使上述参数均相同，其性能也并不一定相同，因为它们反映的是平均值。例如就墨片面的堆积而言，有可能是基本上平行，有可能是倾斜而致。因此，碳材料的性能还与其内在结构有关。

　　墨片面间的堆积方式有两种：ABAB…方式和ABCABC…方式，形成六方形(2H)和菱形(3R)两种结构。在碳材料中，两种结构基本上共存。至今没有发现有效合成单一结构或将两者进行分离的方法，原因主要在于墨片平面的移动性大。