锂电碳负极材料新视角
锂离子电池炭负极材料研究现状与发展
图#
石墨的锂电位和容量的关系
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炭负极的入嵌行为与电极性能
效果 ! @ # 。其中气相沉积石墨纤维是一种管状中空结 构的石墨化纤维材料，作为锂离子电池的负极材 料， 具有 <8: A*・B C D 以上的放电比容量和 M<; 的 首次充放电效率，与其它炭素材料相比，采用气相 沉积石墨纤维作为负极的锂离子电池，具有更为卓 越的大电流放电性能与低温放电性能，更长的循环 寿命。电池以 E, 倍率放电， 仍可放出电池额定容量 的 M:; 左右。 但由于气相沉积石墨纤维材料制备工 艺复杂，材料成本高，这在一定程度上限制了其在 锂离子电池中的大量应用。 （>?>@） =’ = 中间相炭微球 -,-6 其整体外型呈现球形，为高度有序的层 面堆积结构。它由日本大阪煤气公司最先开发、生 产， 用于锂离子电池负极材料 ! 9 # 。 现在国内鞍山热能 院等单位也已开发出了这种材料。-,-6 是焦油沥 青 在 E:: ? F:: N 加 热 成 熔 融 状 态 时 沉 淀 出 的 微 球， 再在 @:: ? " ::: N 热处理后可用作电池的负极 材料 ! M # 。 若再进一步提高热处理温度， 可制备石墨化 的 -,-6。
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锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析锂电池负极材料在电池领域中起着至关重要的作用，其性能对整个电池的性能和安全性有着决定性的影响。
对于锂电池负极材料的研究至关重要。
本文将对锂电池负极材料的研究进展及展望进行分析，以期为今后的研究和应用提供一定的参考。
一、当前锂电池负极材料的研究进展1. 石墨石墨作为传统的锂电池负极材料，由于其成本低、稳定性好等优良性能，一直以来都是锂电池负极材料的主流。
随着锂电池技术的发展，石墨的储锂容量、循环寿命等性能逐渐无法满足日益增长的电池需求，因此迫切需要寻找新的替代材料。
2. 硅基材料硅基材料由于其高的理论比容量，成为了锂电池负极材料研究的热点。
硅基材料在充放电过程中容量膨胀巨大，导致结构破损，严重影响了材料的循环寿命和安全性能。
目前研究重点主要集中在硅基材料的表面包覆、纳米结构设计等方面。
碳基复合材料是一种由碳材料和其他金属氧化物或化合物复合而成的材料。
碳基复合材料具有较高的导电性和结构稳定性，能够有效改善材料在充放电过程中的电化学性能。
在锂电池负极材料研究中，碳基复合材料也受到了广泛关注。
1. 新型材料的开发随着电动汽车、智能手机等电池需求的不断增长，对于锂电池负极材料的要求也越来越高。
未来的研究重点将会更多地集中在新型材料的开发上，如硫化物、碳化物等。
这些新型材料具有更高的储锂容量和更好的循环寿命，能够更好地满足未来电池需求。
2. 结构设计的优化除了新型材料的开发外，结构设计也是未来研究的重要方向。
通过设计合理的纳米结构、多孔结构等，可以有效改善材料的稳定性和电化学性能，提高锂电池的循环寿命和安全性能。
3. 环保可持续性随着环保意识的提高，未来锂电池负极材料的研究也将更加关注环保可持续性。
开发可回收利用的材料，降低生产过程中对环境的影响，将成为未来研究的发展趋势之一。
锂电池负极材料的研究进展及展望呈现出多样化和前瞻性的特点。
未来的研究重点将会更多地集中在新型材料的开发、结构设计的优化以及环保可持续性等方面。
锂电负极材料技术突破
锂电负极材料技术突破
随着科技的不断发展，锂离子电池已经成为了许多电子产品的必备电池，从智能手机到电动汽车，都使用了锂离子电池。
然而，锂离子电池的负极材料往往是制约其性能的瓶颈之一。
目前，主流的锂离子电池负极材料为石墨，虽然其廉价、稳定性好等优点，但其比容量较低，很难满足未来各种便携电子设备、电动汽车等应用对电池能量密度的要求，因此寻找新的负极材料已成为锂离子电池研发的热门方向。
近年来，国内外学者在锂电负极材料技术领域中取得了一些重要进展。
其中，一些新型碳基负极材料，如硅/碳复合材料、石墨烯、氮化碳等，逐渐成为了研究热点。
这些材料具有较高的比容量、长循环寿命、较低的体积膨胀等特点，能够有效提高锂离子电池的能量密度和充放电性能，有望成为未来锂离子电池的主流负极材料。
石墨烯是一种单层厚度只有几个原子的二维碳材料，因其具有优异的电导率、机械刚度和化学稳定性等特点，被认为是一种有潜力的锂离子电池负极材料。
由于其高表面积和导电性，可以提高电极材料对锂离子的反应活性和传输速率，从而提高电池的充放电性能。
总之，随着科学技术的不断发展，各种新型的锂电负极材料将不断涌现，不断突破性能瓶颈，为锂离子电池的应用提供更多可能，也将推动锂离子电池技术的发展和应用的普及。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析目前锂电池负极材料的研究主要集中在碳基材料、硅基材料、金属氧化物等方面。
这些材料在锂电池中都有其独特的优势和局限性，而且针对不同种类的锂电池，对负极材料的要求也有所不同。
对这些负极材料的研究和发展，将有助于提高锂电池的性能和推动新一代电池技术的发展。
碳基材料一直是锂电池负极材料的主要研究方向之一。
石墨、石墨烯、碳纳米管等碳材料，因其导电性好、比表面积大、化学稳定性高等特点，被广泛应用于锂电池负极材料中。
通过控制碳材料的结构和微观形貌，可以有效提高其对锂离子的嵌入/脱嵌能力，提高其循环稳定性和倍率性能。
不过，碳材料在储锂过程中很难实现高容量储存，这一问题已成为碳基负极材料的研究难点之一。
硅基材料也是当前锂电池负极材料的研究热点。
与碳材料相比，硅具有更高的理论储锂容量，因此被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。
硅材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中会发生体积膨胀，导致材料结构破坏，电化学活性和循环寿命大大降低。
为了解决硅材料的这一问题，研究者们通过合成纳米结构的硅材料、设计多孔结构、以及与碳等材料的复合等方法，取得了一些积极的进展，但仍然存在一定的挑战。
在未来，锂电池负极材料的研究将朝着以下几个方向发展：通过材料设计与合成新型的碳基材料，以提高其储锂容量，并且降低材料的制备成本。
研究者也将继续探索碳材料的微观结构与电化学性能之间的关系，找出铁电影响碳材料电化学行为的机理。
将进一步发展硅基负极材料的制备技术，通过纳米结构设计、表面涂层等方法，提高硅材料的循环稳定性和倍率性能。
也将探索硅基材料与其他材料的复合应用，以扩展硅材料在锂电池中的应用范围。
对金属氧化物的研究也将继续深入，以寻找新型金属氧化物材料，并且改进其结构与性能。
研究者也将进一步研究金属氧化物的嵌入/脱嵌机制，以解决其循环稳定性问题。
随着锂电池技术的不断发展和应用需求的不断增加，对锂电池负极材料的研究也将持续深入。
锂离子电池炭负极材料共改性研究
锂离子电池炭负极材料共改性研究锂离子电池迎合了现代信息技术对电池小型高能的需求，是近来发展最快的新型电池技术。
通过低温炭负极材料改性进一步提高锂离子电池性能具有很大发展潜力，是当前研究工作的重点及热点。
本文通过对大量碳可逆储锂机理及改性文献的深入系统分析，发现受表面积大不可逆容量大的限制，目前改性方法单一，不能充分发挥低温炭表面储锂性能。
本文从活化充分形成表面积，然后以沉积降低表观表面积的共改性实验手段入手，以期达到充分发挥表面储锂性能，提高锂离子电池炭负极性能的目的。
采用的活化方法为二氧化碳气体活化和KOH药品活化法，沉积方法为苯气相沉积和酚醛树脂沉积。
采用三电极电解池体系，以炭为工作电极，金属锂片为参比电极和辅助电极，以PC/DME为电解液溶剂，LiClO<sub>4</sub>为导电电解质，测试炭的可逆储锂性能。
采用活化和沉积共改性，与单一活化或沉积改性相比可使炭的可逆储锂性能进一步提高。
尤其是采用药品活化后苯沉积对石油焦共改性时，第一次放电量超过石墨理论可逆储锂容量，达407mAh/g。
药品活化炭表面充分发育达2532m<sup>2</sup>/g，采用沉积改性后，可使其成为具有高可逆储锂性能的炭电极材料，为表面积大的炭材料做高性能可逆储锂材料提供了一条新途径。
本文详细探讨了气体活化后沉积条件对炭电极性能的影响。
发现随沉积时间、沉积气流标态流量、苯体积浓度和炭颗粒粒度的增加炭电极可逆储锂性能提高，沉积温度以700℃为宜，在沉积加热前通入苯沉积气流有利于炭电极性能提高。
确定了石油焦类炭气体活化后苯沉积改性的适宜条件。
微晶层片边缘表面性质是影响炭可逆储锂性能的重要因素。
在炭材料改性过程中，微晶层片初始的长大，相当于微晶层片边缘表面的更新，这种表面的更新即有利于锂离子通过炭表面顺利进出层间对层间储锂有利，同时也有利于表面储锂性能提高。
这种表面的更新及其伴随的无规则炭或微晶结构缺陷含量的降低使炭可逆储锂性能大幅度提高。
锂离子电池负极材料的现状及发展趋势
锂离子电池负极材料的现状及发展趋势。
锂离子电池作为一种可替代镍氢电池的新型储能装置，由于其良好的能量密度、安全性和环境友好等优点，被广泛应用于节能和新能源汽车、智能手机、电子设备以及航空航天领域。
负极材料作为锂离子电池的关键部件，其发展水平直接影响着整个电池的性能。
负极材料主要有金属锰和金属钴，它们具有较高的比容量，能够以更小的容积获得较大的放电容量，可满足锂离子电池的应用需求。
但是，金属锰和金属钴的比能量较低，不利于提高电池的能量密度，并且容量衰减快，循环寿命低，易产生自放电，安全性也不是很好。
为了解决金属锰和金属钴的上述缺陷，研究者们开发了新型的负极材料，如碳材料、硅烷材料、氧化物材料等，它们具有更高的比能量、更高的循环寿命、更低的容量衰减以及更好的安全性等优点，极大地改善了锂离子电池的性能。
随着技术的不断进步，新型负极材料将进一步开发，如具有更高比能量和更高循环寿命的超级碳基材料，金属硫化物材料，以及具有较高安全性和稳定性的复合材料。
同时，还可以采用新型制备工艺，如3D打印、纳米纤维织物等，来提高负极材料的比能量。
由于新型负极材料的出现，锂离子电池的技术正在不断发展，发挥着越来越重要的作用。
未来，负极材料的发展将继续推动锂离子电
池的性能更上一层楼，使其更加安全、可靠、高效。
锂离子电池新型碳负极材料的研究
锂离子电池新型碳负极材料的研究锂离子电池是目前应用最广泛的可充电电池之一，其在移动电子设备、电动汽车以及储能系统中具有重要的地位。
然而，锂离子电池的性能仍然存在一些挑战，如容量衰减、寿命短等问题。
为了克服这些问题，研究人员一直在寻找新型的碳负极材料。
近年来，许多研究机构和学者都致力于开发新型碳负极材料，以提高锂离子电池的性能。
目前已经发现了许多有潜力的材料，如石墨烯、碳纳米管、多孔碳等。
这些新型碳负极材料具有独特的结构和性质，可以提高锂离子电池的能量密度、循环稳定性和快速充放电性能。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构材料，具有高导电性、高比表面积和优异的机械性能。
石墨烯作为锂离子电池负极材料的研究热点之一，已经取得了一些令人瞩目的成果。
研究人员通过改变石墨烯的结构和形态，成功地提高了锂离子电池的循环寿命和容量保持率。
例如，将石墨烯与硅纳米颗粒复合，可以有效缓解硅负极的体积膨胀问题，提高电池的稳定性和循环寿命。
碳纳米管是一种中空的碳纳米材料，具有优异的导电性和机械性能。
研究人员发现，将碳纳米管引入锂离子电池负极材料中，可以提高电池的循环稳定性和快速充放电性能。
此外，碳纳米管还可以作为导电网络，改善锂离子电池的电子传导性能。
多孔碳是一种具有高比表面积和丰富孔结构的碳材料。
研究人员发现，多孔碳可以提供更多的储存空间，增加锂离子电池的能量密度。
同时，多孔碳还可以提高电池的离子传输速度，改善电池的充放电性能。
除了上述提到的材料，还有许多其他新型碳负极材料被研究人员关注和探索。
例如，石墨烯氧化物、碳纳米球、碳纳米棒等材料都具有一定的潜力。
这些材料在锂离子电池领域的应用前景非常广阔，有望进一步提高锂离子电池的性能。
新型碳负极材料的研究对于提高锂离子电池的性能具有重要意义。
通过改变材料的结构和性质，可以有效地提高电池的能量密度、循环稳定性和快速充放电性能。
随着研究的不断深入，相信锂离子电池的性能将会得到进一步的提升，为电子设备和能源领域的发展做出更大的贡献。
锂离子电池负极材料发展趋势
锂离子电池负极材料发展趋势
锂离子电池负极材料发展趋势，主要分为以下几个方面：目前，锂离子电池负极材料主要以人造石墨和天然石墨为主，发展趋势为向石墨负极中掺杂硅形成能量密度更高的硅基负极。
人造石墨具有较高的一致性和循环性能，适用于动力和储能电池；天然石墨具有较低的成本和较高的比容量，适用于消费电子电池；硅基负极具有超高的理论比容量，但存在体积变化大、容易脱落等问题，需要通过包覆、复合、纳米化等方法改善其稳定性和循环性能。
目前，中国厂商占据全球负极材料86%的市场份额，并且在技术水平、产品质量、客户资源等方面具有较强的竞争优势。
头部厂商积极扩产，并且主要建设包含石墨化产能在内的一体化生产基地，以确保自身的产能利用率和盈利能力。
然而，受环保及能耗政策影响，石墨化产能紧缺。
石墨化是人造石墨生产过程中的关键工艺，需要高温高压的条件，耗能较大。
2021年下半年，全国多地实施了能耗双控政策，限制高耗能企业用电总量、提高电价、限制用电时段等方式促进能耗减排。
这导致了国内石墨化产能占比近半的内蒙古地区，严控高能耗产业，限电影响石墨化减产约40%。
这对
于石墨化自给率较低的厂商造成了较大的压力，影响了其产品供应和成本控制。
未来，随着新能源汽车、储能、消费电子等领域对锂电池的需求不断提升，负极材料的市场空间将不断扩大。
预计2026年全球负极材料需求量为433万吨，5年复合增长率达43.85%1。
其中，人造石墨和硅基负极的需求量将持续增长，而天然石墨的需求量将逐渐减少。
这就是锂离子电池负极材料发展趋势。
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第四部分:负极材料的方向与未来
-----其他负极材料举例
实例
进展
附图
优劣势
氧化锰
容量大于600mAh/g,15 0周左右无衰减
循环寿命/安全性能
粒度分布
分散性能/倍率性能/安全性能
全硫+有机物
加工工艺/循环寿命/安全性能
第三部分:软指标决定高品质
----颗粒分布对安全性能和倍率性能的影响
粒度扩散系数的影响
扩散系数越大越优
Li
+
正极 隔膜 内部 短路
粒子大小的影响
单个颗粒越小越优
粒度SEI膜阻抗的影响
--好产品是一种沉淀！
2.2 何谓好产品？
----一致性、稳定性
包覆方法：液固-气相法(液相 混合\气相包覆)
Vs.
其它厂家包覆后炭化的产品 结块、块状
BTR包覆炭化后的产品 粉末状，无结块
在线监测
--好产品是一种沉淀！
2.2 何谓好产品？
引领行业方向，推动锂电发展
一切为了客户价值最大化
深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 深圳市新型储能材料工程研究中心 深圳市自主创新行业龙头企业
锂电碳负极材料新视角
岳敏
2010.11.9
汇报概要
1 2 3 4
碳负极行业现状 认识负极材料 软指标决定高品质 负极材料的方向与未来
高能 量密 度材 料
日立
MAGV
19.8
0.716
4.43
≥355.0
JFE
BAG-B1
13.645
1.10
2.89
≥360
1.2 碳负极材料技术现状
-----MCMB类
厂家
粒度d50 （μm）
Tap （g/ml）
SSA （m2/g）
压实密度
SEM
BTR 高 能 量 密 度 材 料
第四部分:负极材料的方向与未来
-----合金类 材料特点&优劣势
思路一 结构特点： 嵌锂过程易膨胀 容量：其中硅理论 容量4212mAh/g，锡 理论容量994mAh/g
改进思路
思路二
优势： 高容量、高倍率、安全性能优 劣势： 首次效率低，循环性能差（膨胀粉化）
思路三
美国康塔--真密度仪
美国 培安--微波消解仪
德国布鲁克--XRF
英国Solartron－电化学工作站
瑞士 巴尔采司--质谱仪
法国HORIBA--拉曼光谱
德国布劳恩--手套箱
美国 Carver-- 型压片机
美国 塞多利斯—分析天平
2.3 如何做出好产品
----工程技术装备
3.54
1.85-1.96
≥360
16.8
1.067
3.20
1.80-1.86
≥360
高能 量密 度材 料
日立）
MC-E
15.69
0.996
2.887
1.92
≥345
关西热 化学
SH-C
17.645
1.09
2.392
1.747
≥347
Nippon
KPL3
22.511
1.179
4.373
1.86
≥355
2.3 如何做出好产品
----研发与检测装备
美国 PE - ICP
美国 戴安-- IC
瑞士 梅特勒--- TGA/DSC
瑞士 梅特勒--软化点测试仪
英国 马尔文--粒度分析仪
美国热电--SEM/EDS
美国麦克--比表面积仪
瑞士 梅特勒--水分测试仪
荷兰 帕纳科--XRD
美国热电--AAS
德国布鲁克--碳硫分析仪
原料投入
进料检验
分级 碳化 高温处理 打散混合 筛分
纯化 包覆
干燥 第一次磁选
二次磁选
包装、入库
改性石墨负极生产工艺流程
2.4 材料的好与坏
中国 国外
原料供应商
提供样品
原料供应商
提供样品
客户技术部门
电池检测
客户品质部门
物化指标检测
结论
评价好与坏
结论
评价好与坏
技术人员水平决定材料优劣
----针状焦工艺对比
国内多数厂家工艺
原料
来料检测
世界先进厂家工艺
原料
低温煅烧 分级 精碎
粗碎
粗碎
分级 高温烧结 混合打散
除杂
精碎
精碎
纯化
高温煅烧
过筛 混合 除磁 球化 除磁 混合
过筛
包装、成品入库 包装、成品入库
2.3 如何做出好产品
-----作业环境
国内多数厂家
第一部分:国内外负极材料行业现状
1.1
碳负极材料的种类 碳负极材料技术现状 碳负极竞争力排名 中、日、韩差距
1.2 1.3
1.4
1.1 碳负极材料的种类
一级分类 二级分类 天然石墨 石墨类 人造石墨 中间相类 石墨化MCMB 软碳 无定形碳类 硬碳 天然 针状焦 树脂类、植物类、酒糟类、竹碳类பைடு நூலகம் 石油焦 MCMB 难石墨化碳 软碳 针状焦类、石油焦类 软碳经石墨化 碳微球经过石墨化 可石墨化碳 三级分类 备注 改性天然石墨
-----黑磷类
石墨材料
黑磷材料
结构
理论容量 合成条件 安全性 循环性能 密度
372mAh/g 2500-3000℃（石墨化） 有析锂的风险 一般 2.16g/cm3
1200mAh/g 12000Kbar，200℃ 优（高于锂的析出电位） 优秀（零应变材料） 2.69g/cm3
合成条件苛刻是制约黑磷发展的主要因素
二次除磁
包装、成品入库 包装、成品入库
第二部分:重新认识负极材料
2.1 2.2 2.3
对模仿的认识 何谓好产品? 做出好产品 材料好与坏 理论颠覆
2.4 2.5
2.1 对模仿的认识
阶段一
阶段二
阶段三
阶段四
模仿
模仿阶段 以主要竞争作为学习对象; 重视竞争对手的动态; 重视获取竞争对手的信息。
材料自身性质决定材料优劣
2.5 理论颠覆
传统观念
粒度： 粒度分布愈集中性能愈优 形状： 形状愈规则性能愈优秀
理论颠覆（现状）
粒度分布 合理的粒度分布可获 得更好的能量密度 形状 最佳的性能并非最 规则的形状 比表 合理的比表可兼顾加工性能和倍率性能 振实密度 低的振实密度同样可获得高的能力密度
吸收
吸收阶段 加大研发投入; 积累行业知识和经验; 学习优秀实践和做法;
创新
超越
创新&超越阶段 更快推出新产品或服务 更快开辟新市场; 抢先进入新市场; 更加重视研发投入
中国负极材料的出路：
模仿
创新
超越
可以模仿但不 能一直模仿
2.2 何谓好产品？
---安全性、可靠性（不纯物管理）
韩国 Carboni x
GXF-1
18.354
1.052
2.82
1.71
≥350
1.2 碳负极材料技术现状
-----人造石墨类
粒度d50 （μm） 放电容量 mAh/g
厂家
型号
Tap （g/ml）
SSA （m2/g）
SEM
BTR
AG
17.456
1.12
3.72
≥345.0
日本
人造石墨为主
原料稀缺
韩国
天然石墨
原料稀缺
1.4 中、日、韩差距
----技术路线对比
国内多数厂家路线
原料
球化 粗碎 球化 烘干 包覆 除杂 分级 除杂
低温处理
日韩先进企业路线
原料
粗碎 精碎
纯化
分级
包覆
碳化
高温处理
打散 一次除磁 打散 高温处理
筛分
除磁 筛分
阻抗越小越优..
Li
+
负极
小颗粒利于倍率性能
Dmin过小，易刺穿隔膜，造成局部短路 Dmax过大，易顶破隔膜，造成局部短路
Dmax<60μm，Dmin>1μm
第三部分:软指标决定高品质
----阴离子和pH值对性能的影响
（1） M+
SO42+ M+ M+ NO3 Br-
比表： 比表愈小材料性能愈优 振实密度： 振实密度愈大能量密度愈高
第三部分:软指标决定高品质
控制标准 磁性物质 <0.1ppm
对性能的影响 自放电性能/安全性能
pH值
5.5-9.0
加工性能，粘度值
阴离子
<110ppm Dmax<60μm Dmin>1μm <(50+17)ppm
30000Gauss 磁选机除磁
磁选机磁介网吸附的磁性异物， 产品磁性异物（Fe、Ni、Cr、Zn） 含量＜0.1ppm，实测值20-30ppb。
--好产品是一种沉淀！
2.2 何谓好产品？
---安全性、可靠性（不纯物管理）
检测设备 — ICP等离子发射光谱仪
使用PE公司2100DV型等离子发射光 谱仪，可以对Fe、Co、Ni、Cu、Al、 Cr、Zn、RoHS限用物质等进行检 测，精度到达ppb级。
第四部分:负极材料的方向与未来
-----硬碳类
材料特点&优劣势
结构： 小碳层组成，高度 无序结构 容量 可大于常规碳类 材料的理论容量