中國粉體網訊 為了促進鋰電行業的健康發展，我國從2009年開始就陸續頒布了相關標準，鋰離子電池負極材料的相關標準也在持續制定發布中。截至目前，我國已頒布的鋰離子電池負極材料相關標準有7項，我國正在制定或修訂的鋰離子電池負極材料相關標準有軟炭、硅炭2項。
我國已頒布的鋰離子電池負極材料相關標準
一般而言，負極材料的關鍵性技術指標有：晶體結構、粒度分布、振實密度、比表面積、pH、水含量、主元素含量、雜質元素含量、首次放電比容量和首次充放電效率等。相關標準的制定不僅可以規范鋰離子電池負極材料的各項指標參數，也可用于指導其實際生產和應用。
1.負極材料的晶體結構
不同的晶體結構及化學組成會造成粉體的物理化學特性千差萬別，進而影響到粉體的應用。下面以目前常用的石墨類負極材料及Li4Ti5O12為例說明。
石墨和Li4Ti5O12的晶體結構參數
常用的負極材料石墨有兩種晶體結構，一種是六方相，一種是菱方相。晶體結構的有序程度和發生石墨化的難易程度相關。石墨化度越大，碳材料越容易石墨化，同時晶體結構的有序程度也越高。其石墨化程度越高，相應晶格缺陷越少，電子的遷移阻力越小，電池的動力學性能會得到提升。
此外，Li4Ti5O12為立方尖晶石結構，屬于Fd-3m空間群，具有三維鋰離子遷移通道，與其嵌鋰產物（Li7Ti5O12）的結構相比，晶胞參數差異不大（0.836nm→0.837nm），被稱為“零應變材料”，因而具有非常優異的循環穩定性，允許高倍率充放電，在動力電池和大規模儲能中也有一定的應用。
商業上廣泛使用的鋰離子電池負極材料的結構
（a）石墨（b）Li4Ti5O12
2.負極材料的粒度分布
負極材料的粒度分布會直接影響電池的制漿工藝以及體積能量密度。在相同的體積填充份數情況下，材料的粒徑越大，粒度分布越寬，漿料的黏度就越小，這有利于提高固含量，減小涂布難度。另外，材料的粒度分布較寬時，體系中的小顆粒能夠填充在大顆粒的空隙中，有助于增加極片的壓實密度，提高電池的體積能量密度。
負極材料標準中的粒度要求
3.負極材料的密度
密度是指材料在絕對密實狀態下單位體積的質量。粉體材料一般都是有孔的，在計算材料密度時，根據是否將這些孔體積計入，可分為真密度、有效密度和表觀密度，而表觀密度又分為壓實密度和振實密度。在實際應用中，生產廠家更為關心的是材料的表觀密度。
對于負極材料，密度會直接影響到電池的體積能量密度。對于同一種材料，其壓實密度越大，體積能量密度也越高，因此標準中對各項密度的下限值均做出了要求。
負極材料標準中的密度要求
4.負極材料的比表面積
比表面積是每克固體材料所具有的表面積。負極材料的比表面積對電池的動力學性能和固體電解質膜（SEI）的形成有很大影響。如石墨的比表面積太大，造成首次容量損失過多，而且加的粘結劑會比較多，造成內阻增加。石墨的比表面積與石墨顆粒的形狀、表面結構等有關，比如人造石墨具有特殊的微孔結構，比表面積大，含有的活性部位增多，反應面積增大，提高活性材料的利用率，表現出高容量和高倍率性能，但是在首次充放電過程中因形成SEI膜所消耗的電解液就相對也較多，因此造成不可逆容量比例大。可以說石墨顆粒的比表面積過大或過小都不利于鋰離子的可逆脫嵌，只有合適的比表面積才能限度地可逆脫嵌鋰離子。
負極材料標準中的比表面積要求
5.負極材料對pH和水分的要求
負極材料的pH和水分對材料的穩定性和制漿工藝有重要影響。粉體材料中含有的微量水分可由卡爾·費休庫侖滴定儀測定。對于pH值。可以將試樣與蒸餾水相混合后用pH計測定。
負極材料標準中的pH和水分要求
6.負極材料的元素含量
石墨主要由固定碳、灰分和揮發分三部分組成，固定碳是真正起電化學活性的組分，標準中對固定碳的含量有著嚴格要求，至少大于99.5%。此外，除了固定碳、鋰主要元素，負極材料在進行包覆、摻雜等改性過程中會引入一些雜質元素，它們也會嚴重影響電池的電化學性能，需要嚴格控制。另外，部分負極原料中含有鎘、鉛、汞、六價鉻及其化合物等限用元素，它們對動物、植物和環境有害，因此在標準中對此類物質有嚴格的限制。
負極材料標準中對相關元素含量的要求
7.負極材料的首次可逆比容量和首次效率
負極材料的首次可逆比容量指的是首周脫鋰容量，而首次效率指的是首周脫鋰容量與嵌鋰容量的比值，它們可以在很大程度上反映電極材料的電化學性能。而且電池的首周可逆比容量可以在一定程度上反映材料在后續循環中的穩定容量，也具有重要的實際意義。
負極材料標準中對首次可逆比容量和首次效率的要求
參考資料：
周軍華等.鋰離子電池負極材料標準解讀
陳亮等.鋰離子電池材料標準發展現狀研究
全國標準信息公共服務平臺
（中國粉體網編輯整理/三昧）
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