中國粉體網訊 瀝青主要是指由高分子的烴類和非烴類組成的黑色到暗褐色的固態或半固態粘稠狀物質，它是原油蒸餾或煤煉焦加工過程中的副產物。瀝青具有來源廣泛、成本低廉、殘炭率高且易于石墨化等優點，目前已被研究應用于鋰離子電池負極以及負極材料改性領域中。
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在負極材料改性中，常用的方法是表面包覆。表面包覆主要有化學氣相沉積、固相包覆和液相包覆3種方法。通過氣相、固相或液相炭化沉積在材料表面形成一層無定型碳，構筑出“核殼結構”。在改性材料表面形成殼結構，從而約束和緩沖負極材料活性中心體積膨脹或者結構破壞，達到維持電極材料穩定性的目的。
1、瀝青與石墨改性
石墨材料是最常用的商業化負極材料，但也有一定的缺陷，比如較低的首次循環庫侖效率、較差的循環穩定性和對電解液的高選擇性等。因此，需要對其進行改性，提高石墨材料的電化學性能。
在表面包覆改性中，固相包覆法因其成本低，工藝簡單等優勢，應用最普遍。目前商業化的石墨負極材料大多采用固相包覆法。目前對石墨的固相包覆改性處理，通常是包覆硬炭結構的樹脂類材料或者是軟炭結構的瀝青類材料，包覆材料在高溫條件下裂解形成一層無定形碳層附著在石墨表面，減少石墨材料表面活性端面，從而改善石墨與電解液的相容性。瀝青具有價格便宜，殘炭率較高，高溫下流動性好等優點。高溫惰性條件下，瀝青能在石墨顆粒表面和內部裂解形成一層無定形碳層，不僅包覆在石墨材料表面，而且可以通過石墨內的微孔滲入到石墨顆粒內部，從而提高石墨材料的振實密度和電子電導率，改善石墨負極材料的首次充放電效率和循環性能。
對于瀝青應用到石墨材料改性，已有不少研究探索，但是目前還沒有成熟系統的結論。這是因為，瀝青種類較多，組分及結構復雜。而且因為原料的差異，各種瀝青的軟化點、TI（甲苯不溶物）、QI（喹啉不溶物）含量不同，導致其殘炭率等也不同。同時，不同瀝青炭化后的微觀結構差別較大，對石墨基材的潤濕性也不一樣。因此，對負極材料包覆改性的效果有較大的影響。HanYJ等采用煤焦油瀝青對石墨進行包覆改性，探究了煤瀝青的組成和軟化點對包覆石墨負極的首次庫倫效率以及倍率性能的影響。結果表明，具有較高軟化點和較少輕組分的瀝青更易于石墨表面均勻無定型碳涂層的形成，可有效降低石墨電極與電解液界面之間的電荷轉移電阻，從而增強包覆石墨負極的電化學性能。
2、瀝青與硅負極改性
硅負極材料因其具備高理論容量、低脫嵌鋰電位、環境友好、儲量豐富等優點，被視為最具潛力的下一代負極材料。然而，硅材料也存在導電性較差，在充放電過程中會發生體積膨脹，導致其可逆性不穩定，容量衰減嚴重等問題，這限制了它的規模化應用。
與石墨材料一樣，硅材料也可以通過瀝青進行包覆，在硅材料表面形成炭涂層，穩定SEI膜并緩沖體積膨脹，以增強循環性能，從而有效地改善電極材料的穩定性。QuF等將瀝青粉末和具有微納米層次結構的硅微球（SiMS）均勻分散在四氫呋喃中，然后在70℃下干燥使溶劑蒸發，隨后將固體混合物在氮氣保護下，以5℃·min-1的升溫速率在900℃下炭化3h得到瀝青包覆的硅炭復合材料，并對比了SiMS、CSiMS和C作為鋰離子電池負極材料的放電容量以及相應的庫倫效率與循環次數的關系。與SiMS和C相比，包覆了瀝青炭的C-SiMS顯示出最佳的電化學性能。
ParkGD等將瀝青均勻分散在四氫呋喃中并將其浸漬到Si-CNT微球中，隨后在Ar氣氛下900℃炭化處理3h得到三維多孔瀝青炭包覆的Si納米顆粒-碳納米管（Si-CNT@PC）復合微球。與未涂覆瀝青炭的Si-CNT微球相比，炭包覆的硅納米顆粒顯示出良好的電化學性能，當電流密度為1A·g-1時，經過200個周期循環后，Si-CNT和Si-CNT@PC的最大容量分別為51mAh·g-1、1209mA·g-1。
瀝青包覆改性負極材料有利于石墨及硅炭材料電化學性能的提升，對于這一問題的研究也很多嘗試，但是瀝青包覆改性的機理還不明確，未來在保持改性材料性能一致性方面仍有較大的技術提升空間。
參考來源：
[1]黃健等.不同瀝青包覆球形天然石墨負極材料結構和性能研究
[2]劉夢璇等.瀝青在鋰離子電池負極材料中的應用研究進展
[3]王茜等.瀝青炭涂覆天然石墨用作鋰離子電池負極材料的研究
（中國粉體網編輯整理/文正）
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