鋰離子電池負極材料:石墨類材料和碳負極材料的研究

來源：存能電氣  日期：2019-11-15 15:38  瀏覽量：次

　　鋰離子電池負極材料：石墨類材料和碳負極材料的研究。進幾年以來，在國家政策的推動下，新能源汽車的快速發展，國內動力電池企業也大幅擴產，鋰電負極材料的需求大增。碳基負極材料具有原料豐富、成本低廉、可逆容量較大及倍率性能良好等優點，備受國內外專家、學者的關注。本篇文章就來討論石墨類材料和碳負極材料的研究。

　　石墨類材料和碳負極材料的研究

　　國內現有負極產品主要為碳材料和非碳材料，其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無定型碳材料，石墨類碳材料應用比較多的是天然石墨和人造石墨；而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料，其中硅基材料和鈦基材料在市場上有少量應用。

　　迄今已研究過的碳負極材料有石墨化碳和非石墨化碳。其中，石墨以充放電電壓平臺低、循環穩定性高和成本低等優點，被認為是目前鋰離子電池應用中較為理想的負極材料。目前天然石墨的改性研究已經取得了一定的進展，并已有商業化應用。

　　●石墨類材料

　　石墨是層狀晶體，由無數石墨片層在范德華力作用下堆疊形成。石墨含有兩個不同表面，層與層之間的平面為基面，與基面垂直的表面為棱面，棱面又包括之字形面和搖椅面，棱面表面通常存在含氧的官能團。

　　石墨類材料本身的包覆狀態也會影響負極的性能，一般會包覆一些無定型的碳材料，從而改善負極的界面阻抗，改善低溫以及循環性能。而隨著電池能量密度的提升，石墨負極的容量利用率也逐漸接近理論值，同時壓實也會越來越高，這就要求石墨負極的穩定性也要隨之提高，目前而言，摻雜和包覆仍然是處理的一個主流手段，改性以后可以使石墨負極在循環過程中的結構以及表面狀態得到保護，增強了循環的穩定性。

　　●碳負極材料

　　炭素材料的種類繁多，其結晶形式有金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管等，鋰離子電池的碳負極最先商業化應用的是非石墨化炭材料，1993-1994年松下電池工業公司和三洋電機公司進人市場后采用了容量更高的石墨化炭材料，從此兩大類碳材料的競爭也山此展開。

　　兩類碳負極的實際應用情況雖然沒有準確的統計數據，但有專家估計目前市售的鋰離子電池中有75%以上的負極材料采用的是石墨類碳負極材料。雖然目前有很多具有發展前景的非碳類負極有可能應用于鋰離子電池領域，但他們仍將面臨很多的挑戰，因此今后在很長一段時間內，鋰離子電池容量的提高仍將依賴于碳負極材材料的發展和完善。

　　目前，全球負極市場已趨于穩定，需求量每年穩步增長，但是成本價格上升、負極企業增多、行業競爭加劇等導致了行業整體利潤被壓縮，預計在今后的幾年里全球負極材料產量增速會逐漸放緩，新材料、新技術的開發與應用將是行業突破瓶頸的關鍵。