鋰離子電池負極材料主要以石墨為主，隨著研發(fā)的不斷進步，負極材料種類也在增多，新材料不斷被發(fā)現(xiàn)。負極材料種類可分為碳類和非碳類，碳類包括天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、軟碳等。非碳類包括硅基材料、鈦基材料、氮化物、金屬鋰等。這些物料中含有一定的鐵雜質(zhì)，再加工過程中也會帶入鐵雜質(zhì)；然而，隨著市場競爭的日益白熱化和對電池安全性的不斷追求，下游電池廠商對于降低鋰電原料中磁性異物的要求越來越強烈，磁性異物含量指標已經(jīng)成為衡量電池級材料最重要的指標之一。

1、天然石墨

      天然石墨主要分為片狀石墨和微晶石墨。片狀石墨表現(xiàn)出較高的可逆比容量和首周庫倫效率，但是其循環(huán)穩(wěn)定性稍差；而微晶石墨循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能都不錯，但是首周庫倫效率較低。這兩種石墨在快充過程中都面臨著析鋰的問題。

片狀石墨，主要采用包覆、復(fù)合等方法提高磷片石墨的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆容量。低溫使Li+在磷片石墨中擴散慢，導(dǎo)致磷片石墨的可逆容量低，造孔可改善其低溫儲鋰性能。

2、人造石墨

      人造石墨由石油焦、針狀焦、瀝青焦等原料通過粉碎、造粒、分級、高溫石墨化加工等過程制成。人造石墨在循環(huán)性能、倍率性能、與電解液的相容性等方面具有優(yōu)勢，但是容量一般低于天然石墨，因此決定其價值的主要因素是容量。人造石墨改性方式不同于天然石墨，一般通過顆粒結(jié)構(gòu)的重組實現(xiàn)降低石墨晶粒取向度(OI值)的目的。通常選取直徑8～10μm的針狀焦前驅(qū)體，采用瀝青等易石墨化材料作為粘結(jié)劑的碳源，通過滾筒爐處理，使數(shù)個針狀焦顆粒粘合，制成粒徑D50范圍14～18μm的二次顆粒后完成石墨化，有效降低材料OI值。

3、中間相炭微球

      瀝青類化合物熱處理時，發(fā)生熱縮聚反應(yīng)生成具有各向異性的中間相小球體，把中間相小球從瀝青母體中分離出來形成的微米級球形碳材料就稱為中間相炭微球。直徑通常在1~100μm之間，商業(yè)化中間相炭微球的直徑通常在5~40μm之間，球表面光滑，具有較高的壓實密度。中間相炭微球優(yōu)點包括：(1)球形顆粒有利于形成高密度堆積的電極涂層，且比表面積小，有利于降低副反應(yīng)，(2)球內(nèi)部碳原子層徑向排列，Li+容易嵌入脫出，大電流充放電性能好。但是，中間相炭微球邊緣的碳原子經(jīng)Li+反復(fù)插入脫出容易導(dǎo)致碳層剝離和變形，引發(fā)容量衰減，表面包覆工藝能有效抑制剝離現(xiàn)象。目前，對中間相炭微球的研究大多數(shù)集中在表面改性、與其它材料復(fù)合、表面包覆等。

4、軟碳和硬碳

      軟碳即易石墨化碳，指在2500℃以上的高溫下能石墨化的無定形碳。軟碳結(jié)晶度低，晶粒尺寸小，晶面間距較大，與電解液相容性好，倍率性能好。軟碳首次充放電時不可逆容量較高，輸出電壓較低，無明顯的充放電平臺，因此一般不獨立作為負極材料使用，通常作為負極材料包覆物或者組分使用。硬碳是難以石墨化的碳，通常為高分子材料熱裂解制得。常見的硬碳有樹脂碳、有機聚合物熱解碳、炭黑、生物質(zhì)碳等。

5、硅基負極材料

      石墨負極材料雖有高電導(dǎo)率和穩(wěn)定性的優(yōu)勢，但在能量密度方面的發(fā)展已接近其理論比容量（372mAh/g）。硅被認為是最有前景的負極材料之一，其理論克容量可達4200mAh/g，超過石墨材料10倍以上，同時Si的嵌鋰電位高于碳材料，充電析鋰風(fēng)險小，更加安全。但硅負極材料在嵌脫鋰過程中會發(fā)生近300%的體積膨脹，極大地限制了硅負極的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。硅基負極材料主要分為硅碳負極材料和硅氧負極材料兩大類別。目前的主流方向是采用石墨作為基體，摻入質(zhì)量分數(shù)5%～10%的納米硅或SiOx組成復(fù)合材料并進行碳包覆，抑制顆粒體積變化，提高循環(huán)穩(wěn)定性。

6、鈦酸鋰

      鈦酸鋰(LTO)是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦組成的復(fù)合氧化物，屬于AB2X4系列的尖晶石型固溶體。鈦酸鋰的理論克容量175mAh/g，實際克容量大于160mAh/g，是目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的負極材料之一。鈦酸鋰自1996年被報道后，學(xué)術(shù)界對其研究熱情一直長盛不衰，最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的報道可追溯至2008年東芝發(fā)布的4.2Ah鈦酸鋰鋰負極動力電池，標稱電壓2.4V，能量密度67.2Whkg-1(131.6WhL-1)。它的優(yōu)點包括：（1）零應(yīng)變性，鈦酸鋰晶胞參數(shù)a=0.836nm，充放電時鋰離子的嵌入脫出對其晶型結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生影響，避免了充放電過程中材料伸縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化，從而具有極高的電化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命；（2）無析鋰風(fēng)險，鈦酸鋰對鋰電位高達1.55V，首次充電不形成SEI膜，首次效率高，熱穩(wěn)定性好，界面阻抗低，低溫充電性能優(yōu)異，可-40℃充電；（3）三維快離子導(dǎo)體，鈦酸鋰是三維。

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