碳材料帝国，引领锂离子电池发展！

　　目前，已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，大体分为三类：石墨类、软炭还有硬炭类，下图给出了常见的负极材料的容量和电位区间。

　　天然石墨

　　优点：具有规整的片层结构，适合锂离子脱嵌，资源丰富，成本较低;

　　缺点：未经改性的天然石墨循环性能很差。

　　改性方法：

　　1. 球型化以减小天然石墨的比表面积，减小材料在循环过程中的副反应;

　　2. 构造核-壳结构，即在天然石墨表面包覆一层非石墨化的炭材料。

　　人造石墨

　　人造石墨是将软炭经约 2800 ℃以上石墨化处理制成，其间存在很多孔隙结构，有利于电解液的渗透和锂离子的扩散。因此人造石墨能提高锂离子电池的快速充放电能力。

　　中间相炭微球

　　优点：压实密度高和高倍率充放电的优势;

　　缺点：制造成本较高,容量较低。

　　硬碳

　　其可逆容量在 500~600 mAh/g之间，首次效率和循环寿命都有提高，但平台较低。

　　世界上主要负极材料，生产厂家及其市场份额

　　石墨类负极具有优良的综合特性,一直被广泛应用。由于非碳负极材料存在严重的固有缺陷，如合金类负极循环特性差等。可以预见，在今后相当长一段时期内，石墨类负极仍将占据商品化负极材料的绝对优势地位。

　　未来碳负极的发展主要在 3 个方面：

　　1. 锂离子动力电池用高功率石墨负极，主要包括人造石墨及中间相炭微球的结构优化及性能提高。

　　2. 非石墨类高容量炭负极,主要包括新型的高容量硬碳负极材料.其中,新型硬炭负极不仅具有相对较低的放电平台和高的比容量，也具有可大电流放电的特性,在动力电池领域具有一定的应用前景。

　　3. 炭基复合负极材料,与其他高容量负极如 Si、Sn 等复合，以提高负极材料的比容量。

　　导电剂

　　当前锂离子电池中最为主要的导电剂，可分为导电炭黑、导电石墨和新型导电剂。

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　　炭黑是目前使用最为广泛的导电剂, 主要采用有机物(天然气、重油等)不完全燃烧或受热分解而得到, 并通过高温处理以提高其导电性与纯度。

　　石墨导电剂基本为人造石墨, 与负极材料人造石墨相比, 作为导电剂的人造石墨具有更小的颗粒度, 一般为 3~6 μm,且孔隙和比表面更发达, 有利于极片颗粒的压实以及改善离子和电子电导率。

　　新型导电剂包括碳纳米管(CNT)，碳纤维(VGCF)，石墨烯等。

　　以下是一些常见的导电剂理化参数对比：

　　各类碳材料导电机理的分析

　　石墨和炭黑

　　石墨和炭黑性能的对比(灰色-石墨)

　　从上面的对比图我们可以看出：

　　1. 炭黑具有更好的离子和电子导电能力，因为炭黑具有更大的比表面积，所以有利于电解质的吸附而提高离子电导率。另外，炭一次颗粒团聚形成支链结构，能够与活性材料形成链式导电结构，有助于提高材料的电子导电率。

　　2. 石墨具有更好的压缩性和分散性，可提高电池的体积能量密度和改善极片的工艺特性，一般配合炭黑使用。

　　碳纳米管

　　作为导电剂与炭黑配合使用，与导电炭黑和导电石墨相比，碳纳米管导电剂具有如下特点：

　　1. 碳纳米管具有良好的电子导电性，纤维状结构能够在电极活性材料中形成连续的导电网络;

　　2. 添加碳纳米管后极片有较高的韧性，能改善充放电过程中材料体积变化而引起的剥落，提高循环寿命;

　　3. 碳纳米管可大幅度提高电解液在电极材料中的渗透能力。

　　4. 碳纳米管的主要缺点在于不易分散。

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