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(fā)展，國內(nèi)動力電池企業(yè)也大幅擴產(chǎn)，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(yōu)點，備受國內(nèi)外專家、學(xué)者的關(guān)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(nèi)現(xiàn)有負極產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(huán)穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點，被認為是目前鋰離子電池應(yīng)用中較為理想的負極材料。目前天然石墨的改性研究已經(jīng)取得了一定的進展，并已有商業(yè)化應(yīng)用。

　　●石墨類材料

　　石墨是層狀晶體，由無數(shù)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(tài)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(huán)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(wěn)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(huán)過程中的結(jié)構(gòu)以及表面狀態(tài)得到保護，增強了循環(huán)的穩(wěn)定性。

　　●碳負極材料

　　炭素材料的種類繁多，其結(jié)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(yè)化應(yīng)用的是非石墨化炭材料，1993-1994年松下電池工業(yè)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(yīng)用情況雖然沒有準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(fā)展前景的非碳類負極有可能應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域，但他們?nèi)詫⒚媾R很多的挑戰(zhàn)，因此今后在很長一段時間內(nèi)，鋰離子電池容量的提高仍將依賴于碳負極材材料的發(fā)展和完善。

　　目前，全球負極市場已趨于穩(wěn)定，需求量每年穩(wěn)步增長，但是成本價格上升、負極企業(yè)增多、行業(yè)競爭加劇等導(dǎo)致了行業(yè)整體利潤被壓縮，預(yù)計在今后的幾年里全球負極材料產(chǎn)量增速會逐漸放緩，新材料、新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將是行業(yè)突破瓶頸的關(guān)鍵。