关于锂离子电池碳材料及发展趋势

锂离子电池性能的提高归根到底与电池材料的选择有关，今天聊一聊先锂离子电池中的碳材料。

现在的锂离子电池是用低嵌锂电位的石墨类材料代替之前的金属锂负极,从而避免了锂枝晶的沉积,因此安全性得以显著提高。此方法是90年代初由日本Sony公司应用商业化的(最早以石油焦作为负极材料)

简单来说锂离子电池中的碳材料分为导电剂和负极材料。

碳负极材料

大体分为三类(1)石墨类;(2)软炭(3)硬炭

下图给出了常见的负极材料的容量和电位区间

天然石墨

优点：具有规整的片层结构，适合锂离子脱嵌，资源丰富，成本较低。

缺点：未经改性的天然石墨循环性能很差

改性方法：

(1)球型化以减小天然石墨的比表面积，减小材料在循环过程中的副反应。

(2)构造核-壳结构，即在天然石墨表面包覆一层非石墨化的炭材料。

人造石墨

人造石墨是将软炭经约2800℃以上石墨化处理制成,其间存在很多孔隙结构，有利于电解液的渗透和锂离子的扩散。因此人造石墨能提高锂离子电池的快速充放电能力。

中间相炭微球

优点：压实密度高和高倍率充放电的优势

缺点：制造成本较高,容量较低

硬碳

其可逆容量在500~600mAh/g之间，首次效率和循环寿命都有提高，但平台较低。

世界上主要负极，厂家及份额

石墨类负极具有优良的综合特性,一直被广泛应用。由于非碳负极材料存在严重的固有缺陷,如合金类负极循环特性差等，可以预见,在今后相当长一段时期内，石墨类负极仍将占据商品化负极材料的绝对优势地位。

未来碳负极的发展主要在3个方面

(1)锂离子动力电池用高功率石墨负极，主要包括人造石墨及中间相炭微球的结构优化及性能提高。

(2)非石墨类高容量炭负极,主要包括新型的高容量硬碳负极材料.其中,新型硬炭负极不仅具有相对较低的放电平台和高的比容量，也具有可大电流放电的特性,在动力电池领域具有一定的应用前景。

(3)炭基复合负极材料,与其他高容量负极如Si,Sn等复合，以提高负极材料的比容量。