中國粉體網訊 炭材料是目前鋰離子電池主要使用的負極材料，分為天然石墨、人造石墨、軟炭和硬炭等。不同結構的炭材料具有不同的儲能性能，可以滿足鋰離子電池不同應用場景的要求。
石墨負極表面包覆
天然石墨材料存在與溶劑相容性和離子擴散性能差，不能形成穩定的固態電解質層(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性能不佳。表面包覆是通常在石墨表面構筑一層“保護膜”，防止電極與電解液之間的直接接觸，避免由溶劑化導致的石墨片層剝離，保證電壓平臺的平穩，進而提高電池的循環穩定性。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。“核”為被包覆的石墨，保持了其較高的理論容量和低電位；而“殼”與電解液的相容性優良，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，從而改善負極材料的首次庫倫效率和循環穩定性。
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散系數，同時抑制電解液與石墨的直接作用，提高負極材料的可逆比容量和循環穩定性。
將Ni或Cu納米級薄膜對石墨材料表面進行包覆修飾，可有效減少鋰沉積，提高可重復使用性和安全性。
無定形Al2O3包覆石墨表面可以改善電解質的潤濕性，降低鋰離子的擴散阻力，有效抑制鋰枝晶的生長，改善石墨材料的電化學性能。
而這些無機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酸鹽包覆石墨在電化學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定的SEI層，因有機酸鹽在電解液中不溶解，不易被破壞，所以聚合反應可由碳碳雙鍵裂解產生的自由基引發。與炭層包覆類似，有機物包覆也應注意包覆程度問題，過度包覆反而會降低電池的首次循環效率和倍率性能。
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極材料的關鍵環節。利用造粒工藝形成二次顆粒負極材料可增加負極材料的各向同性，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劑，對小顆粒針狀焦焦粉進行造粒，制備二次顆粒負極材料。通過造粒工藝制備的二次顆粒負極材料可以兼顧大顆粒和小顆粒的優點，成為容量高、倍率性能好的負極材料。
硅炭材料結構設計
結構設計是硅炭負極緩解鋰電池負極體積變化，提高電化學性能的有效方法之一。對于硅炭材料的結構設計可以實現高比容量、長循環壽命的電池負極，這對促進LIBs的實際應用至關重要。基于硅炭復合材料的結構一般分為四類，分別為核殼結構、蛋黃殼結構、多孔結構、SiOx/C類石墨結構。
針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進負極材料技術與產業高峰論壇。屆時，北京化工大學教授宋懷河將作題為《石墨負極材料的改性及其儲鋰性能》的報告。報告將在總結目前炭負極材料結構與其電化學儲鋰性能關系的基礎上，介紹基于鋰離子電池的不同性能要求開展的石墨負極改性方面的工作，主要包括表面包覆、二次造粒、特殊結構人造石墨合成、硅炭材料結構設計等方面的研究進展。
專家簡介：
宋懷河，北京化工大學教授，博士生導師，從事先進炭材料及其儲能應用研究。任中國電工技術學會炭-石墨材料專業委員會委員，中關村石墨烯產業創新聯盟副理事長，能源材料化學省部共建國家重點實驗室和先進化學蓄電技術與材料北京市重點實驗室學術委員會委員、材料電化學過程與技術北京市重點實驗室學術委員會委員兼副主任。兼任《新型炭材料》《Nanomaterials》和《炭素》雜志編委會委員，《北京化工大學學報》(自然科學版)和《炭素技術》編輯委員會副主任。主持了國家863計劃、國家自然科學基金重點、面上及企業合作項目多項，在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Carbon等發表SCI收錄論文280余篇，被SCI他引13000余次。獲得國家發明專利47件，申請56項，實現專利成果轉化6項，獲得省部級科技成果獎勵2項。
參考來源：
王伊軒等. 鋰離子電池炭負極材料表面改性研究進展
郭明聰等. 二次顆粒人造石墨負極材料的制備及儲鋰性能
黃雨辰等. 鋰離子電池硅碳負極材料的制備及其結構設計研究進展
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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