鋰離子電池性能的提高歸根到底與電池材料的選擇有關，今天聊一聊先鋰離子電池中的碳材料。

現(xiàn)在的鋰離子電池是用低嵌鋰電位的石墨類材料代替之前的金屬鋰負極,從而避免了鋰枝晶的沉積,因此安全性得以顯著提高。此方法是90年代初由日本Sony公司應用商業(yè)化的(最早以石油焦作為負極材料)

簡單來說鋰離子電池中的碳材料分為導電劑和負極材料。

碳負極材料

大體分為三類(1)石墨類;(2)軟炭(3)硬炭

下圖給出了常見的負極材料的容量和電位區(qū)間

天然石墨

優(yōu)點：具有規(guī)整的片層結(jié)構(gòu)，適合鋰離子脫嵌，資源豐富，成本較低。

缺點：未經(jīng)改性的天然石墨循環(huán)性能很差

改性方法：

(1)球型化以減小天然石墨的比表面積，減小材料在循環(huán)過程中的副反應。

(2)構(gòu)造核-殼結(jié)構(gòu)，即在天然石墨表面包覆一層非石墨化的炭材料。

人造石墨

人造石墨是將軟炭經(jīng)約2800℃以上石墨化處理制成,其間存在很多孔隙結(jié)構(gòu)，有利于電解液的滲透和鋰離子的擴散。因此人造石墨能提高鋰離子電池的快速充放電能力。

中間相炭微球

優(yōu)點：壓實密度高和高倍率充放電的優(yōu)勢

缺點：制造成本較高,容量較低

硬碳

其可逆容量在500~600mAh/g之間，首次效率和循環(huán)壽命都有提高，但平臺較低。

世界上主要負極，廠家及份額

石墨類負極具有優(yōu)良的綜合特性,一直被廣泛應用。由于非碳負極材料存在嚴重的固有缺陷,如合金類負極循環(huán)特性差等，可以預見,在今后相當長一段時期內(nèi)，石墨類負極仍將占據(jù)商品化負極材料的絕對優(yōu)勢地位。

未來碳負極的發(fā)展主要在3個方面

(1)鋰離子動力電池用高功率石墨負極，主要包括人造石墨及中間相炭微球的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能提高。

(2)非石墨類高容量炭負極,主要包括新型的高容量硬碳負極材料.其中,新型硬炭負極不僅具有相對較低的放電平臺和高的比容量，也具有可大電流放電的特性,在動力電池領域具有一定的應用前景。

(3)炭基復合負極材料,與其他高容量負極如Si,Sn等復合，以提高負極材料的比容量。