编者按：随着科学技术的不断发展，越来越多的纯碳负极材料被应用到锂电池生产加工中，这使得锂电池的使 用性能得到巨大的改善和突破。
 
在新能源电动汽车动力系统之中，锂电池发挥着重要的作用，但锂电池的性能及容量与其负极材料的合成成分有很大的关系。以往在进行锂电池生产加工时，负极材料一直以 天然石墨为主要成分，这使得锂电池的使用性能一直无法得到突破。而随着近些年科学技术的不断发展，越来越多的纯碳负极材料被应用到锂电池生产加工中，这使得锂电池的使 用性能得到巨大的改善和突破。

1. 锂电池及负极材料介绍

(1) 锂电池

锂电池是一种可二次充电的电池，由正极、负极、电解液、隔膜和集流体等五个主要部分组成。与其他电池相比，锂电池具有密度大(120～260Wh/kg)、工作电压高 3.6～3.7V)、自放电率低(年自放电低于10%)等优点，同时锂电池可随时充电和放电，并且无记忆效应，使用寿命也要 比普通电池时间长，可重复使用2000多次，并且在锂电池之中还不含镉、铅、汞等重金属污染成分，因此是一种绿色、无污染的新型能源。由于锂电池具有如此多的优点，现下锂电池已经被广泛的应用于电动汽车、船舶、物流及国防军工领域之中，同时由于其开发潜力巨大，在未来的很长时间内，锂电池仍然将是新能源领域的研究热点。

(2) 负极材料

在锂电池的五个组成材料之中，负极材料是锂电池制造加工中最为重要的材料。如从锂电池材料成本的构成比分析可以发现，一个锂电池负极材料成本大约占整个电池成本的25%～28%，这就极大的凸显出了锂电池之中负极材料选择的重要性。但是很显然与锂电池的正极材料开发研究相比，负极材料的研究方兴未艾。

而这主要是因为在锂电池制造加工中，对负极材料的要求较高，至少要满足七种条件，即化学电位较低、循环比容量高、库伦效率高、电子电导率和离子电导率好、材料具有较强稳定性、材料提取方便、安全绿色无污染。因此“碳材料”成为现下加工制造锂电池的最佳负极材料选择，而本文之中主要是研究“纯碳”锂电池负极材料。

2. 纯碳负极材料提升锂电池性能研究

(1) 人造石墨负极

“人造石墨”是纯碳负极材料的一种，是通过碳材料提取加工而成，具体的提取方法就是，将易石墨化的软炭材料在2500℃以上高温下加热，此时软碳材料之中的二次粒子就 会重新排列，并形成大量孔隙结构，从而成为我们所说的纯碳负极材料。对于锂电池而言，在制造加工过程中使用人造石墨负极材料，将更有利于电解液的渗透和锂离子在负极中的脱嵌和穿梭。而这就可以使锂电池的使用性能得到改善，如可以缩短锂电池的充电时间，增加锂电池的充电次数。此外人造石墨这种纯碳负极材料，还具有长循环、耐高温、高倍率等寻常碳材料不具备的优势，因此现下国内外很多化工企业开始尝试使用人造石墨负极材料进行锂电池生产加工。

(2) 中间相炭微球

“中间相炭微球”是一种微观结构表现为球形片层颗粒的纯碳负极材料，与普通的碳材料相比，中间相炭微球这种纯碳负极材料的电极压实密度高，因此可以极大的提升锂电池的充电、放电能力，从而实现对锂电池使用性能的改善。而中间相炭微球这种负极材料主要是从煤焦油中获得，具体的提炼方法就是煤焦油进行2800℃以上高温石墨化处理。但由于中间相炭微球负极材料制造成本较高，制造容量仅在320～350mAh/g之间，这限制了中间相炭微球这种纯碳负极材料广泛推广应用。但笔者相信随着未来科学技术的进一步发展，中间相炭微球这种纯碳负极材料的提炼成本一定会有 所降低，而将使锂电池动力能源得到更好的开发。

(3) 软碳及硬碳

“软碳”和“硬碳”也是现下锂电池中正在开发使用的纯碳负极材料，首先软碳是在2500℃以上的高温环境下，处理得到的一种无定形碳。此种纯碳负极材料最大的优势就是可逆比容量高，通常情况下可以达到300mAh/g以上，同时与有机溶剂之间具有很好的相容性，为此使用软碳负极材料进行锂电池生产加工，可更好的稳定内部的循环性能。但软碳纯碳负极材料也存在一种弊端，就是压滞后性大，容量衰减较快，这是今后需要进一步作出研究改善的。而硬碳纯碳负 极材料主要是采用难石墨化的炭材料作为前驱体(如酚醛树脂)，然后对其进行900～1100℃的热处理。

在锂电池生产加工中，硬碳纯碳负极材料的应用有利于锂电池容量的提高。但同样此种纯碳负极材料也存在一定的弊端，就是首次库伦效率低，致使电压滞后现象严重，因此若是想要促使硬碳纯碳负极材料得到更好的开发应用，今后还需做出更加深入的研究。

(4) 碳纳米管

“碳纳米管”是一种较为特殊纯碳负极材料，在锂电池生产制造时，碳纳米管可以与石墨类负极、硅基复合负极、钛酸锂、锡基等材料进行复合，从而对原体系负极材料的电化学性能做出改善，此外碳纳米管纯碳负极材料还具有高导电性能和高导热系数的特点，可对提高锂电池的大倍率快速充放电性能很有帮助。虽然现下有研究显示，碳纳米管直接用作锂电池时，容易出现首次充放电库伦效率低或者电压滞后严重等问题。但是随着锂电池的进一步使用和充放电循 环，这些弊端问题就会逐渐改善，因此在未来锂电池生产加工时，碳纳米管纯碳负极材料势必会有很广泛的应用价值。

(5) 钛酸锂

钛酸锂现下被认为是一种比碳更安全，并且寿命更长的负极材料，在锂电池生产制造时，使用钛酸锂作为负极材料，可以更好的改善锂电池的充电、放电性能，因此近些年 钛酸锂负极材料的应用开发也被越来越多的锂电池业内人士所看好。

具体而言，从微观角度分析，钛酸锂具有独特的尖晶石结构，因此与其他负极材料相比，钛酸锂拥有三维锂离子扩散通道，因此通常在锂电池电解液与碳负极表面上生长的固液层，钛酸锂负极锂电池中却不会形成。同时与普通的 碳负极材料相比，钛酸锂具有更高的脱嵌锂平台电位，这就可以为锂电池的使用安全性提供更好的保障，从这一角度分析，钛酸锂在未来将有很多的开发价值。

总结

锂电池作为一种新型动力能源，现下被广泛的应用于电动汽车、船舶及国防军工领域中，相信在未来的很长一段时间中，锂电池仍然将是新能源领域的研究热点。而纯碳负极材料在锂电池制造加工的应用，使得锂电池的使用性能得到进一步的突破与改善，因此今后相关化工企业工作人员，能够强化纯碳负极材料提升锂电池性能研究是存在一定必要的。

原标题：纯碳负极材料可以提升锂电池性能？