鋰離子電池以其體積小、質量輕、工作電壓高、循環壽命長、能量密度高、環境友好等優勢，應用范圍越來越廣。隨著需求側的不斷增長，應用層面對鋰離子電池在能量密度、生產成本、安全及環保性能等方面的要求也隨之提高。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，同時也是決定鋰離子電池性能的重要因素。負極材料的研發應用對于鋰離子電池產業發展有重要意義。

鋰離子電池負極材料主要以石墨為主，隨著研發的不斷進步，負極材料種類也在增多，新材料不斷被發現。負極材料種類可分為碳類和非碳類，碳類包括天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、硬碳、軟碳等。非碳類包括硅基材料、鈦基材料、氮化物、金屬鋰等。

天然石墨主要分為片狀石墨和微晶石墨。片狀石墨表現出較高的可逆比容量和首周庫倫效率，但是其循環穩定性稍差；而微晶石墨循環穩定性和倍率性能都不錯，但是首周庫倫效率較低。這兩種石墨在快充過程中都面臨著析鋰的問題。

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片狀石墨，主要采用包覆、復合等方法提高磷片石墨的循環穩定性和可逆容量。低溫使Li⁺在磷片石墨中擴散慢，導致磷片石墨的可逆容量低，造孔可改善其低溫儲鋰性能。

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微晶石墨較差的結晶度使其容量低于片狀石墨，復合和包覆是常用的改性方法。李新祿等將酚醛樹脂熱裂解碳包覆在微晶石墨表面，將微晶石墨的庫倫效率從 86.2%提高至 89.9%。在0.1C電流密度下，經30次充放電循環，其放電比容量不衰減。Sun Y.L.等將 FeCl₃ 嵌入微晶石墨的層間，使材料的可逆容量提升至~800 mAh g^-1。微晶石墨的容量、倍率性能均差于磷片石墨，相對于磷片石墨而言研究較少。

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人造石墨由石油焦、針狀焦、瀝青焦等原料通過粉碎、造粒、分級、高溫石墨化加工等過程制成。人造石墨在循環性能、倍率性能、與電解液的相容性等方面具有優勢，但是容量一般低于天然石墨，因此決定其價值的主要因素是容量。人造石墨改性方式不同于天然石墨，一般通過顆粒結構的重組實現降低石墨晶粒取向度(OI值)的目的。通常選取直徑8～10μm的針狀焦前驅體，采用瀝青等易石墨化材料作為粘結劑的碳源，通過滾筒爐處理，使數個針狀焦顆粒粘合，制成粒徑D50范圍14～18μm的二次顆粒后完成石墨化，有效降低材料OI值。

瀝青類化合物熱處理時，發生熱縮聚反應生成具有各向異性的中間相小球體，把中間相小球從瀝青母體中分離出來形成的微米級球形碳材料就稱為中間相炭微球。直徑通常在1~100μm之間，商業化中間相炭微球的直徑通常在5~40μm之間，球表面光滑，具有較高的壓實密度。

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中間相炭微球優點包括：

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(1)球形顆粒有利于形成高密度堆積的電極涂層，且比表面積小，有利于降低副反應；

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(2)球內部碳原子層徑向排列，Li⁺容易嵌入脫出，大電流充放電性能好。

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但是，中間相炭微球邊緣的碳原子經Li⁺反復插入脫出容易導致碳層剝離和變形，引發容量衰減，表面包覆工藝能有效抑制剝離現象。目前，對中間相炭微球的研究大多數集中在表面改性、與其它材料復合、表面包覆等。

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石墨負極材料雖有高電導率和穩定性的優勢，但在能量密度方面的發展已接近其理論比容量（372mAh/g）。硅被認為是最有前景的負極材料之一，其理論克容量可達4200mAh/g，超過石墨材料10倍以上，同時Si的嵌鋰電位高于碳材料，充電析鋰風險小，更加安全。但硅負極材料在嵌脫鋰過程中會發生近300%的體積膨脹，極大地限制了硅負極的產業化應用。硅基負極材料主要分為硅碳負極材料和硅氧負極材料兩大類別。目前的主流方向是采用石墨作為基體，摻入質量分數5%～10%的納米硅或SiOx組成復合材料并進行碳包覆，抑制顆粒體積變化，提高循環穩定性。

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