鋰離子電池性能的提高歸根到底與電池材料的選擇有關(guān)，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(fù)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(yīng)用商業(yè)化的(最早以石油焦作為負(fù)極材料)

簡單來說鋰離子電池中的碳材料分為導(dǎo)電劑和負(fù)極材料。

碳負(fù)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(fù)極材料的容量和電位區(qū)間

天然石墨

優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：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(yīng)。

(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(kuò)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(diǎn)：壓實(shí)密度高和高倍率充放電的優(yōu)勢

缺點(diǎn)：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(tái)較低。

世界上主要負(fù)極，廠家及份額

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

未來碳負(fù)極的發(fā)展主要在3個(gè)方面

(1)鋰離子動(dòng)力電池用高功率石墨負(fù)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(fù)極,主要包括新型的高容量硬碳負(fù)極材料.其中,新型硬炭負(fù)極不僅具有相對較低的放電平臺(tái)和高的比容量，也具有可大電流放電的特性,在動(dòng)力電池領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

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