锂电池石墨负极材料分类及应用前景

锂电池石墨负极材料分类及应用前景
一、石墨负极材料概述
石墨是一种耐高温耐腐蚀具有良好导电性、导热性和稳定化学性能的材料。

石墨作为电池负极有以下几项优点：（1）石墨电子电导率高；（2）层状结构在嵌锂前后体积变化小；（3）嵌锂容量高；（4）嵌锂电位低；
二、石墨负极的分类
（1）天然石墨，其中又分为鳞片石墨和微晶石墨。

鳞片石墨结晶较好，是含碳岩石经过长期地质作用变质的矿物，明显的片状或板状。

微晶石墨：一般呈微晶集合体，是煤变质矿物。

（2）人造石墨，是有一种用碳素材料（针状焦、石油焦）为原料经热干馏加工而成，人造石墨的特点为高压实，高容量，长寿命。

人造石墨又分中间相碳微球和石墨化碳纤维。

中间相碳微球呈球状结构，比较面积小，是最有发展的碳材料。

石墨化碳纤维：有很好的浸润性能，良好的充放电性能。

从下表我们可以对比出各种石墨的性能
三、天然石墨的使用
天然石墨一般都以天然石墨矿石出现。

鳞片石墨原矿品位一般为3~13.5%，个别富矿可达20%。

优点是：嵌锂电化学容量高；加工工艺成熟；放电电压平台平稳；缺点：石墨层剥离；与电解液相容性差；电池鼓胀。

天然石墨不能直接用于电池负极材料，主要的原因是石墨层的“剥落”导致循环性能变坏，当前对石墨的改性主要有以下几种：（1）机械研磨：通过研磨后可获得一定含量的菱形石墨相，菱形石墨相的存在有利于石墨表面SEI膜的生成，从而提升材料的比容量和循环性能。

（2）氧化处理：通过相和液相氧化可去除石墨颗粒表面一些缺陷结构，减少首次循环不可逆容量，提高充放电效率。

（3）碳包覆：设法在天然石墨表面包覆一层热解碳，形成以石墨为核心的“核-壳”结构。

处理后可减缓碳电极表面的不均匀反应性质，使电极表面形成一层均匀、薄而致密、不易脱落的SEI膜。

（4）掺杂：引入其他金属或非金属的元素能够提高材料的电化学性能：如硼、氮、硅、磷、硫、钾、镁、铝、镍、钴、铁等。

四、石墨负极的现状和前景
近年来全球锂电池材料市场的发展速度不断加快，锂电
池市场需求节节走高，直接带动了材料市场的大发展。

目前来说，石墨凭借高电导率，层状结构以及嵌锂前后体积变化小等优势，一直处于电池负极材料的绝对优势地位。