中國粉體網訊 負極材料作為新能源汽車動力電池的核心材料之一，對新能源汽車的最終性能起著至關重要的作用。高性能負極材料的研究成為當前鋰離子動力電池最為活躍的板塊之一。現階段，商業化鋰離子電池負極材料以碳素材料為主，其比容量高(200~400mAh/g)，電極電位低，循環性能好（1000周以上），理化性能穩定。
表1：碳負極材料主要性能對比
負極材料的核心指標有：粒度、比表面積、振實密度、真密度、灰分、pH值。其中粒度又會影響比表面積和振實密度，從而影響電池的加工工藝和倍率性能。石墨材料具有高比容量（理論372mAh/g，可逆比容量可以達到360mAh/g）、低而且平坦的放電平臺（0.2~0V）、優良的循環性能（可以循環一千次以上），是鋰離子二次電池常用的的負極材料之一。石墨材料的顆粒大小對電極比表面積和邊緣原子的比例有很大影響，從而影響石墨負極材料的電池的制漿工藝、體積能量密度及首次充電時的不可逆比容量等。
粒度對制漿工藝的影響
負極材料的粒度分布會直接影響電池的制漿工藝。在相同的體積填充份數情況下，材料的粒徑越大，粒度分布越寬，漿料的黏度就越小，這有利于提高固含量，減小涂布難度。
圖1：顆粒的粒徑以及分布寬度對漿料黏度的影響
粒度對體積能量密度的影響
負極材料的粒度分布較寬時，體系中的小顆粒能夠填充在大顆粒的空隙中，有助于增加極片的壓實密度，提高電池的體積能量密度。
粒度對不可逆容量的影響
對不同石墨樣品進行恒電流充放電測試和循環伏安測試，結果發現，石墨顆粒越小，能夠與電解液接觸的比表面積越大，首次充放電過程中形成的SEI膜所消耗的電荷就越多，不可逆容量損失也就越大。
粒度對充放電性能的影響
實驗研究表明，石墨顆粒越小，嵌入時所需要克服的范德華力也就越小，嵌入越容易進行，而且顆粒越小，鋰離子嵌入和脫出的通道數量相對越多，越有利于快速達到完全嵌鋰狀態，在高速率的掃描條件下，電壓滯后程度就越小，即大電流充放電性能越好。
粒度對振實密度的影響
鋰電池負極材料用的石墨要求石墨微粉振實密度高，形貌為等積球形，形成產品的成品率高（成球率高）。球形度越高，振實密度越大，如接近1g/cm3或大于1g/cm3，產品更好。粒度分布越合理（大小有序結合），振實密度會越大。
負極材料對粒度的要求
綜上可以看出，負極材料的粒度過大或過小都會對電池的最終性能產生一定的不良影響，所以要從中取一個平衡，另外粒度的分布也是影響電池性能的重要因素。下表是負極材料標準中的粒度要求。
表2：負極材料標準中的粒度要求
負極材料的粒度主要是由其制備方法決定的。可通過控制原料的種類、反應時間、溫度和壓力等來調控粒徑。
當前全球負極材料市場已趨于穩定，需求量每年穩步增長。但是成本價格上升、負極材料企業增多、行業競爭加劇等導致了行業整體利潤被進一步壓縮，預計在今后的幾年里全球負極材料產量增速會逐漸放緩，高端負極材料需求量會增加，所以對新材料、新技術的開發與應用將是行業突破瓶頸的關鍵。
參考來源：
戎澤.鋰離子電池用碳負極材料綜述
蘇玉長.粒度對石墨材料電化學性能的影響
周軍華.鋰離子電池負極材料標準解讀
動力電池網.鋰電負極材料的過去、現在與未來
（中國粉體網編輯整理/墨玉）
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