鋰離子電池負(fù)極材料:石墨類材料和碳負(fù)極材料的研究

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-11-15 15:38  瀏覽量：次

　　鋰離子電池負(fù)極材料：石墨類材料和碳負(fù)極材料的研究。進(jìn)幾年以來(lái)，在國(guó)家政策的推動(dòng)下，新能源汽車的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)也大幅擴(kuò)產(chǎn)，鋰電負(fù)極材料的需求大增。碳基負(fù)極材料具有原料豐富、成本低廉、可逆容量較大及倍率性能良好等優(yōu)點(diǎn)，備受國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者的關(guān)注。本篇文章就來(lái)討論石墨類材料和碳負(fù)極材料的研究。

　　石墨類材料和碳負(fù)極材料的研究

　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)有負(fù)極產(chǎn)品主要為碳材料和非碳材料，其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無(wú)定型碳材料，石墨類碳材料應(yīng)用比較多的是天然石墨和人造石墨；而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料，其中硅基材料和鈦基材料在市場(chǎng)上有少量應(yīng)用。

　　迄今已研究過(guò)的碳負(fù)極材料有石墨化碳和非石墨化碳。其中，石墨以充放電電壓平臺(tái)低、循環(huán)穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是目前鋰離子電池應(yīng)用中較為理想的負(fù)極材料。目前天然石墨的改性研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，并已有商業(yè)化應(yīng)用。

　　●石墨類材料

　　石墨是層狀晶體，由無(wú)數(shù)石墨片層在范德華力作用下堆疊形成。石墨含有兩個(gè)不同表面，層與層之間的平面為基面，與基面垂直的表面為棱面，棱面又包括之字形面和搖椅面，棱面表面通常存在含氧的官能團(tuán)。

　　石墨類材料本身的包覆狀態(tài)也會(huì)影響負(fù)極的性能，一般會(huì)包覆一些無(wú)定型的碳材料，從而改善負(fù)極的界面阻抗，改善低溫以及循環(huán)性能。而隨著電池能量密度的提升，石墨負(fù)極的容量利用率也逐漸接近理論值，同時(shí)壓實(shí)也會(huì)越來(lái)越高，這就要求石墨負(fù)極的穩(wěn)定性也要隨之提高，目前而言，摻雜和包覆仍然是處理的一個(gè)主流手段，改性以后可以使石墨負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)以及表面狀態(tài)得到保護(hù)，增強(qiáng)了循環(huán)的穩(wěn)定性。

　　●碳負(fù)極材料

　　炭素材料的種類繁多，其結(jié)晶形式有金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管等，鋰離子電池的碳負(fù)極最先商業(yè)化應(yīng)用的是非石墨化炭材料，1993-1994年松下電池工業(yè)公司和三洋電機(jī)公司進(jìn)人市場(chǎng)后采用了容量更高的石墨化炭材料，從此兩大類碳材料的競(jìng)爭(zhēng)也山此展開(kāi)。

　　兩類碳負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用情況雖然沒(méi)有準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但有專家估計(jì)目前市售的鋰離子電池中有75%以上的負(fù)極材料采用的是石墨類碳負(fù)極材料。雖然目前有很多具有發(fā)展前景的非碳類負(fù)極有可能應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域，但他們?nèi)詫⒚媾R很多的挑戰(zhàn)，因此今后在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，鋰離子電池容量的提高仍將依賴于碳負(fù)極材材料的發(fā)展和完善。

　　目前，全球負(fù)極市場(chǎng)已趨于穩(wěn)定，需求量每年穩(wěn)步增長(zhǎng)，但是成本價(jià)格上升、負(fù)極企業(yè)增多、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇等導(dǎo)致了行業(yè)整體利潤(rùn)被壓縮，預(yù)計(jì)在今后的幾年里全球負(fù)極材料產(chǎn)量增速會(huì)逐漸放緩，新材料、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將是行業(yè)突破瓶頸的關(guān)鍵。