动力电池负极材料的研究进展

动力电池负极材料天然石墨与人工石墨的展望

锂离子电池的能量密度很大程度上取决于负极材料。从商业化到现在，锂离子电池中最成熟的负极材料是石墨。

与其他碳材料相比，石墨材料具有电子导电性高、锂离子扩散系数大、锂插入容量大、锂插入电位低等优点。此外，石墨材料来源广泛，价格低廉。它们是较早使用的负极材料，也是目前锂离子电池的主流负极材料。

石墨材料主要分为人造石墨和天然石墨．

2018年，天然石墨和人造石墨的总渗透率约为93%，其中人造石墨占69%，天然石墨占24%，其他石墨占7%。

天然石墨主要分为无定形石墨和片状石墨。

非晶石墨纯度低，石墨晶面间距为0.336 nm。它主要是一种六面体石墨晶面有序结构，即石墨层按ABAB顺序排列。，单个晶体之间的取向呈现各向异性。但加工后的微晶颗粒之间有一定的相互作用，形成块状或粒状颗粒具有各向同性。

鳞片石墨结晶度高，鳞片结构单元化，各向异性明显。这种结构决定了在锂的插入和提取过程中，石墨的体积发生了很大的变化，从而导致石墨层结构的破坏，进而造成了巨大的不可逆容量损失和循环性能的急剧恶化。

鳞片石墨作为锂离子电池的负极石墨，首次具有不可逆容量大的缺点，鳞片石墨循环性能差，电流充放电性能高。因此，在使用中，往往注重对天然石墨进行改性，以改善自身的结构缺点，提高电池性能。

人造石墨主要分为MCMB，软碳和硬碳根据不同的加工工艺。

人造石墨负极材料是将针状焦、石油焦、沥青焦等原料在一定温度下煅烧，然后粉碎、分级、高温石墨化而成。其高结晶度是通过高温石墨化形成的。

随着全球动力电池市场的爆发，对材料成本、加工性能、能量密度、循环寿命、快充电率等因素的综合要求提高，人工石墨逐渐成为锂电池负极材料的首选。

随着动力电池市场的不断扩大，人造石墨已成为我国负极材料中最重要的材料。据估计，2025年中国人造石墨需求量将达到26.5万吨。