锂离子电池负极用微米化硅基材料研究进展北大核心

相比于石墨负极,纳米硅负极材料虽然具备很高的理论比容量,但低的振实密度和面积载量严重削弱了体积比容量和质量比容量。因此,设计高振实密度微米硅基负极可以赋予更好的综合性能。本文综述了近些年锂离子电池负极用硅基材料微米化的研究方向和进展,阐述了不同工艺存在的问题,为其未来的发展方向提出策略。     

锂离子电池用碳负极材料综述

本文对主流碳负极材料进行了综述,从结构特征、电化学性能和应用范围等方面对其进行了分析,对比了主要碳负极材料的优缺点;简述了碳负极材料的主要改性方法及其研究进展,并指出了石墨改性的发展方向;概述了国内外负极材料的产业化进程,对未来商业化负极材料进行了展望。     

石墨负极的压实密度对软包锂离子电池性能的影响

石墨负极的压实密度是影响锂离子电池循环性能和倍率放电性能的主要因素之一。通过研究3种不同压实密度的石墨负极材料的电化学性能,发现随着压实密度的增大,负极极片的吸液时间逐渐延长,电池的内阻也在不断地增加。当负极压实密度为1.7 g/cm³时,锂离子电池的循环性能和倍率性能均为最佳。电池在0.5 C下放电循环500次后的容量保持率为86.8%,3.0 C倍率的放电容量为0.2 C放电容量的95.1%。     

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非石墨类碳基负极材料的分类和掺杂改性研究进行了详细介绍。石墨类材料有石墨和石墨烯,非石墨类材料有软碳和硬碳;元素掺杂改性主要是以N和S为主,并分别阐述了各种碳基负极材料的电化学性能及可能的充放电机理。分析了目前碳基负极材料面临着首次库仑效率较低、电压滞后现象严重、循环稳定性能不佳等问题,未来的发展方向主要是增大碳基负极材料的碳层间距、结构的纳米化以及优化制备工艺,以确保循环稳定性及倍率性能的优异性。     

“双碳”背景下锂离子电池负极材料石墨化发展趋势

“双碳”目标实施计划和要求的提出为锂离子电池负极材料石墨化行业的发展提出了新的要求也带来了新的机遇。如何做到提产、节能、降耗已成为石墨化行业急需解决的难点问题。本文概述了以人造石墨作为锂离子电池负极材料其石墨化的发展现状，并对其发展趋势进行了展望。     

废旧锂离子电池负极石墨循环再生的研究进展

锂离子电池使用6～8年后,其容量会出现一定程度的衰减,从而产生大量废弃物。负极石墨在电池中质量分数占比为12%～21%,对其回收利用有利于保护环境和发展经济。针对废旧锂离子电池负极石墨再生为电池级石墨的方法展开综述,主要介绍了浸出煅烧组合、石墨表面涂覆、制备复合材料和杂原子掺杂的方法,并在能耗、电化学性能等方面做了简要比较。目前,在众多再循环方向中,将废旧石墨再生为电池级石墨是最合适的路径,而且能从根源上解决负极材料的再生问题。在此基础上,未来应开发更加高效环保的浸出剂,寻求多路径的低温煅烧方法,尝试其他高容量负极材料与废旧石墨复合或者石墨表面的低成本涂层,加强杂原子在石墨中掺杂机理的研究。     

整形和表面改性对人造石墨负极材料性能的影响

在对不同来源人造石墨原料进行理化性能分析的基础上,按照相同的工艺条件制成负极材料,比较了原料来源不同的人造石墨用作锂离子电池负极材料的性能。再以同一来源人造石墨为原料,采用不同设备、不同工艺、不同含量沥青进行整形、炭包覆及表面氧化改性处理,探讨了不同工艺处理对所制备的人造石墨负极材料的粒度分布、振实密度、比表面积和电化学性能的影响。结果表明,整形工艺与设备、炭包覆和表面氧化改性处理对提高负极材料的性能具有重要的作用。     

天然石墨的研究与应用现状及发展趋势

阐述了天然石墨在国内外的蕴藏量、分布情况以及天然石墨的基本结构和性质,对天然石墨在锂离子电池负极材料、石墨烯和膨胀石墨等方面的应用和现状进行分析;综合近期文献,预测了未来天然石墨研究的热点趋势以及产业化发展方向,即:科学而可持续利用天然石墨资源,开发高附加值产品是未来必然选择。实现高品质石墨烯的低成本量化生产,探究石墨作为锂离子电池负极材料的复合改性方式和合理选择制备膨胀石墨的插层剂和氧化剂将是今后研究重点。     

商业化的锂离子电池石墨负极材料的研究进展

综述了锂离子电池石墨负极材料的研究进展,对MCMB、天然石墨与人造石墨、炭纤维为代表的石墨负极材料目前的研究和应用现状进行了详细的论述,并对石墨类炭负极的发展作了展望。     

锂离子电池新型负极材料的研究进展

锂离子电池新型负极材料是近年来二次电池的研究热点,开发一种高能量密度、长使用寿命的新型负极材料是广大科研工作者的目标。主要从改性方法方面综述了锡基、硅基和钛酸锂新型负极材料的研究现状和存在的问题,并展望了其发展趋势。     

锂离子电池硅碳负极材料研究进展

硅基材料作为锂离子电池负极具有容量高、来源广泛以及环境友好等优势,有望替代目前应用广泛的石墨负极成为下一代锂离子电池的主要负极材料。硅和碳复合构成的锂离子电池复合负极,不但解决了充放电过程中硅体积效应大和碳容量低的问题,而且综合了碳循环性好和硅容量高的特点。从材料选择、结构设计以及电极优化方面简要介绍了硅/碳复合材料的最新研究进展,并对硅碳复合负极未来发展方向进行了展望。     

废旧锂离子电池负极材料再生和利用进展

随着电动汽车市场的蓬勃发展,将产生大量的废旧动力电池。考虑到有害废弃物对环境的污染以及资源的稀缺,废旧锂离子电池的回收具有重要的经济价值和现实意义。近年来正极材料（比如高价值金属钴、镍和锂等）的回收已经取得了可观的进展,但对附加值较低的负极材料（主要是石墨）的再生却鲜有提及。然而,考虑到碳材料的广泛应用,负极中高于环境丰度的锂含量,有关负极材料的回收自2016年来也引起了重视。因此,总结了锂离子电池石墨负极材料回收的研究进展,从能源、环境和资源成本等角度分析了包括直接物理回收、热处理回收、湿法回收、热处理和湿法回收相结合、萃取法和电化学法等各个回收路线的优势和不足;此外,对回收负极材料在储能和制备功能材料领域的再利用做出扼要重述。在此基础上,提出了回收锂离子电池石墨负极的挑战和未来前景,指出负极的回收应从绿色化学的理念出发,设计低能耗、环境友好的回收路线。     

石墨化无烟煤基锂离子电池负极材料研究

以宁夏石嘴山太西无烟煤为原料,经过粗碎、磨粉和石墨化等简单工艺制备了无烟煤基锂离子电池负极材料。测试结果表明,石墨化无烟煤基负极具有92.23%的石墨化度,表现出340.2 mA·h/g的可逆容量,与煅前石油焦基石墨负极容量相当。与针状焦基石墨负极相比较,无烟煤基石墨负极虽然克容量较低,但在电池的循环稳定性方面具有较大优势。     

锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展

石墨类碳负极材料作为电化学嵌锂宿主材料的研究一直是锂离子电池负极材料研究的重点。本文简述了石墨作为锂离子电池负极材料的结构,分析了石墨作为负极材料的优缺点,综述了石墨负极材料的改性方法及其研究进展,指出了石墨改性的发展方向。通过改性处理可以提高可逆比容量和首次库仑效率,改善其倍率性能和循环稳定性,有效改善石墨电极的综合电化学性能。     

改性石墨用于锂离子电池负极

石墨可用于锂离子电池负极材料，其改性方面的研究主要有：石墨的还原、氧化、表面包膜以及物理法处理。这些方法可以改变石墨的电子状态及表面结构，能够提高石墨的性能。本文介绍了改性石墨用于锂离子电池负极的研究概况。     

二次颗粒人造石墨负极材料的制备及储锂性能

以煤系针状焦生焦为原料、自制高性能煤沥青为黏结剂,对针状焦生焦进行造粒加工处理,制备了具有高能量密度和倍率性能的二次颗粒人造石墨负极材料,并研究了黏结剂沥青添加量分别为5%(质量分数,下同),8%和12%时二次颗粒人造石墨负极材料的理化指标和电化学性能。结果表明:当黏结剂沥青添加量为8%时,造粒工艺效果最为理想,形成的二次颗粒人造石墨负极材料大小较均匀,振实密度为1.10 g/cm³,在0.1 C电流密度下首次充电比容量为345.7 mAh/g,首次库伦效率为95.6%,高于其他黏结剂量下制备的二次颗粒人造石墨负极材料的首次充电比容量和首次库伦效率,在倍率性能测试方面也展现出优异的高倍率充放电能力。     

行业动态

正益瑞石公司拟拓展负极材料业务近期,益瑞石石墨和碳公司(Imerys GraphiteCarbon)完成了对日本住友石墨(NPG)的收购,从而获得了负极材料表面处理的相关技术。在此基础上,益瑞石有意利用人造石墨、天然石墨和硅合金,开发制造新型的负极材料。截至2025年,益瑞石希望抢占全球电动汽车用充电电池负极材料10%~20%的市场份额。     

中间相炭微球作为锂离子电池负极材料的研究现状

中间相炭微球（MCMB）由于具有独特的类石墨的片层结构,是一种极具发展潜力的锂离子电池负极材料,它除了具有一般炭负极材料的优点外,由于其球形层状结构还使其具有密度高、易脱嵌锂、边界损失小等特,董。本文主要论述了锂离子电池负极材料中间相炭微球的制备、热处理和改性等方面的研究现状及存在的问题;在当今锂离子电池高容量低成本的发展要求下,预期低温热处理的中间相炭微球将是今后的研究重点。     

石墨化方式对锂离子电池人造石墨负极材料性能的影响

以表面改性针状焦粉为原料,分别采用坩埚炉、箱体炉及连续直热式装备进行石墨化处理,制备人造石墨锂离子电池负极材料,详细研究了3种工艺石墨化负极材料的理化指标、电化学性能。结果表明,箱体石墨化同其他工艺相比,加工成本低,自动化程度高,对环境友好,有望成为人造石墨负极材料石墨化主流工艺。     

提高钛酸锂负极材料倍率性能的研究进展

锂离子动力电池目前存在的主要问题为快速充电和安全性能较差。与石墨负极相比,钛酸锂负极能够明显提高锂离子动力电池的快速充电和安全性能,具有较大的应用前景。介绍了钛酸锂的嵌脱锂机制,分析了提高钛酸锂倍率充放电性能的主要方法,发现钛酸锂与金属和碳基材料复合,能够显著提高材料的电化学性能;通过控制钛酸锂形貌,也可得到倍率性能良好的钛酸锂,但是材料的振实密度较低;制备由纳米级一次粒子组成的微米级二次粒子,材料兼具纳米级一次粒子优越的电化学性能和微米级粒子较高的振实密度。总体而言,高性能钛酸锂材料的设计和制备已经取得了重大进展,然而目前钛酸锂电池面临的主要问题是其胀气行为,所以未来的研究重点将是揭示和研究钛酸锂电池的胀气机理和解决机制。