石墨負(fù)極材料認(rèn)知01石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介02石墨負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)03石墨負(fù)極材料的改性01石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介一、石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介石墨根據(jù)其原料和加工工藝的區(qū)別，分為天然石墨和人造石墨，因其具有對(duì)鋰電位低、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，石墨成為目前鋰離子電池應(yīng)用中理想的負(fù)極材料。SEM圖（A）人造石墨（B）天然石墨（A）（B）一、石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介從巖石中開(kāi)采出來(lái)的，根據(jù)其結(jié)晶度、晶粒尺寸、形態(tài)和儲(chǔ)備位置的不同，可以分為無(wú)定形、片狀（結(jié)晶）或塊狀和片狀（結(jié)晶）。天然石墨一、石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介指將無(wú)定形炭在高溫（＞2200℃）下熱處理一段時(shí)間，使其結(jié)構(gòu)向?qū)訝钍Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變得到的一種產(chǎn)物。人造石墨一、石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介石墨材料結(jié)構(gòu)特征六角網(wǎng)狀平面規(guī)則平行堆砌而成的層狀結(jié)構(gòu)晶體，屬于六方晶系，P63/mc空間群；每個(gè)碳原子以sp2雜化軌道與三個(gè)相鄰的碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合；碳碳鍵鍵長(zhǎng)為0.1421nm；石墨晶體結(jié)構(gòu)示意圖六方形結(jié)構(gòu)菱形結(jié)構(gòu)一、石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介石墨材料結(jié)構(gòu)特征p軌道上電子形成離域π鍵，使得石墨層內(nèi)具有良好的導(dǎo)電性；相鄰層內(nèi)的碳原子并非以上下對(duì)齊方式堆積，而是有六方形結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)。石墨晶體結(jié)構(gòu)示意圖六方形結(jié)構(gòu)菱形結(jié)構(gòu)一、石墨負(fù)極材料簡(jiǎn)介石墨的充放電過(guò)程是Li+嵌入石墨形成石墨嵌入化合物和從石墨層中脫出的過(guò)程，化學(xué)反應(yīng)如下式：石墨嵌入化合物具有階現(xiàn)象，階數(shù)等于周期性嵌入的兩個(gè)相鄰嵌入層之間石墨層的層數(shù)，如1階LiC6、2階LiC12、3階LiC24和4階LiC36等化合物。在石墨的充電過(guò)程中，充電電壓逐漸降低，形成充電電壓階梯平臺(tái)，對(duì)應(yīng)高階化合物向低階化合物轉(zhuǎn)變。嵌滿鋰時(shí)形成的是1階化合物L(fēng)iC6，比容量為372mAh/g，這是石墨在常溫常壓下的理論最大值。02石墨負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)二、石墨負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)高導(dǎo)電性比容量高成本低廉嵌鋰電位低循環(huán)穩(wěn)定性好石墨晶體結(jié)構(gòu)圖二、石墨負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)電解液敏感，與電解液的相容性不好。石墨結(jié)構(gòu)在充放電過(guò)程中反復(fù)膨脹和收縮，導(dǎo)致石墨片層剝離。石墨晶體結(jié)構(gòu)圖二、石墨負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)石墨晶體結(jié)構(gòu)圖倍率性能較差。由于石墨的層間距小，Li+在石墨層間的擴(kuò)散速率低。首次充放電過(guò)程中不可逆容量損失較大。03石墨負(fù)極材料的改性三、石墨負(fù)極材料的改性為解決石墨負(fù)極材料上述缺點(diǎn)。目前，主要的改性方法為：01碳包覆02表面氧化03元素?fù)诫s三、石墨負(fù)極材料的改性有效降低石墨的不可逆容量；提高石墨材料的循環(huán)穩(wěn)定性；提髙石墨材料的振實(shí)密度，并降低其比表面積；提高鋰離子電池的熱穩(wěn)定性。碳包覆SEM圖碳包覆作用三、石墨負(fù)極材料的改性（1）改性后石墨表面形成了含氧官能團(tuán)，如羧基、醌基、羥基等，這有助于阻止溶劑化分子的共嵌入、改善電解液對(duì)石墨表面的潤(rùn)濕性，形成化學(xué)鍵合的SEI膜；表面氧化作用01提高可逆容量石墨結(jié)構(gòu)圖三、石墨負(fù)極材料的改性表面氧化作用01提高可逆容量石墨結(jié)構(gòu)圖（2）改性后石墨表面上存在大量的納米級(jí)孔洞，這增加了Li+的存儲(chǔ)位置。三、石墨負(fù)極材料的改性表面氧化作用02提高倍率性能原因通過(guò)強(qiáng)氧化劑處理石墨，能夠増大石墨的層間距，從而有利于Li+的脫嵌，提高倍率性能。三、石墨負(fù)極材料的改性摻雜改性是一種改善材料性能的有效手段，對(duì)于石墨負(fù)極材料，常用的摻雜元素包括硼(B)、氟(F)、氮(N)、磷(P)等，這些摻雜元素的引入往往能促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移并擴(kuò)大石墨層間距，從而達(dá)到提高石墨負(fù)極材料電化學(xué)性能的目的。