中國粉體網(wǎng)訊 炭材料是目前鋰離子電池主要使用的負(fù)極材料，分為天然石墨、人造石墨、軟炭和硬炭等。不同結(jié)構(gòu)的炭材料具有不同的儲(chǔ)能性能，可以滿足鋰離子電池不同應(yīng)用場(chǎng)景的要求。
石墨負(fù)極表面包覆
天然石墨材料存在與溶劑相容性和離子擴(kuò)散性能差，不能形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)層(SEI)，以及石墨片層易滑移等不足使其大電流倍率性能和循環(huán)性能不佳。表面包覆是通常在石墨表面構(gòu)筑一層“保護(hù)膜”，防止電極與電解液之間的直接接觸，避免由溶劑化導(dǎo)致的石墨片層剝離，保證電壓平臺(tái)的平穩(wěn)，進(jìn)而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。主要分為無定形炭包覆層和其他包覆層。
無定形炭包覆層
采用氣相沉積法將無定形炭包覆于球狀天然石墨表面�！昂恕睘楸话驳氖３至似漭^高的理論容量和低電位；而“殼”與電解液的相容性優(yōu)良，可以防止因溶劑分子共嵌入而引起的片層剝離、破壞和體積膨脹，從而改善負(fù)極材料的首次庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。
其他包覆層
在石墨表面包覆一層金屬（Cu，Ni，Al，Zn等）或其氧化物可以有效提高金屬鋰的擴(kuò)散系數(shù)，同時(shí)抑制電解液與石墨的直接作用，提高負(fù)極材料的可逆比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
將Ni或Cu納米級(jí)薄膜對(duì)石墨材料表面進(jìn)行包覆修飾，可有效減少鋰沉積，提高可重復(fù)使用性和安全性。
無定形Al2O3包覆石墨表面可以改善電解質(zhì)的潤濕性，降低鋰離子的擴(kuò)散阻力，有效抑制鋰枝晶的生長，改善石墨材料的電化學(xué)性能。
而這些無機(jī)氧化物或者金屬包覆層脆性較大、不易包覆均勻而且容易被破壞。
含有碳碳雙鍵的有機(jī)酸鹽包覆石墨在電化學(xué)性能的提升方面效果更好。充放電過程中柔性聚合物鏈的生成有助于形成穩(wěn)定的SEI層，因有機(jī)酸鹽在電解液中不溶解，不易被破壞，所以聚合反應(yīng)可由碳碳雙鍵裂解產(chǎn)生的自由基引發(fā)。與炭層包覆類似，有機(jī)物包覆也應(yīng)注意包覆程度問題，過度包覆反而會(huì)降低電池的首次循環(huán)效率和倍率性能。
二次造粒人造石墨
在人造石墨的制備過程中，造粒工藝是提高人造石墨負(fù)極材料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用造粒工藝形成二次顆粒負(fù)極材料可增加負(fù)極材料的各向同性，從而改善電池的首次庫倫效率和倍率性能。目前的制備工藝普遍以煤瀝青制備的針狀焦生焦為原料，以自制高性能煤瀝青為黏結(jié)劑，對(duì)小顆粒針狀焦焦粉進(jìn)行造粒，制備二次顆粒負(fù)極材料。通過造粒工藝制備的二次顆粒負(fù)極材料可以兼顧大顆粒和小顆粒的優(yōu)點(diǎn)，成為容量高、倍率性能好的負(fù)極材料。
硅炭材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是硅炭負(fù)極緩解鋰電池負(fù)極體積變化，提高電化學(xué)性能的有效方法之一。對(duì)于硅炭材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)高比容量、長循環(huán)壽命的電池負(fù)極，這對(duì)促進(jìn)LIBs的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要�；诠杼繌�(fù)合材料的結(jié)構(gòu)一般分為四類，分別為核殼結(jié)構(gòu)、蛋黃殼結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、SiOx/C類石墨結(jié)構(gòu)。
針對(duì)各類負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國內(nèi)外市場(chǎng)狀況，中國粉體網(wǎng)將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時(shí)，北京化工大學(xué)教授宋懷河將作題為《石墨負(fù)極材料的改性及其儲(chǔ)鋰性能》的報(bào)告。報(bào)告將在總結(jié)目前炭負(fù)極材料結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，介紹基于鋰離子電池的不同性能要求開展的石墨負(fù)極改性方面的工作，主要包括表面包覆、二次造粒、特殊結(jié)構(gòu)人造石墨合成、硅炭材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的研究進(jìn)展。
專家簡介：
宋懷河，北京化工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，從事先進(jìn)炭材料及其儲(chǔ)能應(yīng)用研究。任中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)炭-石墨材料專業(yè)委員會(huì)委員，中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長，能源材料化學(xué)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和先進(jìn)化學(xué)蓄電技術(shù)與材料北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、材料電化學(xué)過程與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員兼副主任。兼任《新型炭材料》《Nanomaterials》和《炭素》雜志編委會(huì)委員，《北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)和《炭素技術(shù)》編輯委員會(huì)副主任。主持了國家863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、面上及企業(yè)合作項(xiàng)目多項(xiàng)，在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Carbon等發(fā)表SCI收錄論文280余篇，被SCI他引13000余次。獲得國家發(fā)明專利47件，申請(qǐng)56項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)專利成果轉(zhuǎn)化6項(xiàng)，獲得省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)。
參考來源：
王伊軒等. 鋰離子電池炭負(fù)極材料表面改性研究進(jìn)展
郭明聰?shù)? 二次顆粒人造石墨負(fù)極材料的制備及儲(chǔ)鋰性能
黃雨辰等. 鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的制備及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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