中國粉體網(wǎng)訊 石墨負(fù)極材料的技術(shù)指標(biāo)眾多，且難以兼顧，主要包括比表面積、粒度分布、振實(shí)密度、壓實(shí)密度、真密度、首次充放電比容量、首次效率等。除此之外，還有電化學(xué)指標(biāo)如循環(huán)性能、倍率性能、膨脹等等。
來自鞍鋼化學(xué)科技有限公司的研究人員綜述了石墨負(fù)極材料的核心性能指標(biāo)對其性能的影響。
比表面積
指單位質(zhì)量物體具有的表面積，顆粒越小，比表面積就會越大。
小顆粒、高比表面積的負(fù)極，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能就比較好，但由于與電解液接觸面積大，形成SEI膜的面積也大，首次效率也會變低。大顆粒則相反，優(yōu)點(diǎn)是壓實(shí)密度更大。
石墨負(fù)極材料的比表面積小于5m2/g為宜。
粒度分布
石墨負(fù)極材料的粒度對其電化學(xué)性能的影響表現(xiàn)在負(fù)極材料粒度大小將直接影響材料的振實(shí)密度以及材料的比表面積。
振實(shí)密度的大小將直接影響材料的體積能量密度，合適的材料粒度分布才可以最大限度的發(fā)揮材料的性能。
石墨負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)中的粒度分布
振實(shí)密度
振實(shí)密度是依靠震動使得粉體呈現(xiàn)較為緊密的堆積形式下，所測得的單位容積的質(zhì)量。它是衡量活性材料的一個重要指標(biāo)，鋰離子電池體積是有限的，若振實(shí)密度高，則單位體積的活性物質(zhì)質(zhì)量大，體積容量就高。
壓實(shí)密度
壓實(shí)密度主要針對極片，指負(fù)極活性物質(zhì)和粘結(jié)劑等制成極片后，經(jīng)過輥壓后的密度，壓實(shí)密度=面密度/(極片碾壓后的厚度減去銅箔厚度)。
壓實(shí)密度與片比容量、效率、內(nèi)阻以及電池循環(huán)性能有密切關(guān)系。
壓實(shí)密度的影響因素：顆粒的大小、分布和形貌都有影響。
真密度
材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下（不包括內(nèi)部空隙），單位體積內(nèi)固體物質(zhì)的重量。
由于真密度是密實(shí)狀態(tài)下測得，會高于振實(shí)密度。一般地，真密度＞壓實(shí)密度＞振實(shí)密度。
石墨負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)中的密度要求
首次充放電比容量
石墨負(fù)極材料在最初的充放電循環(huán)中存在不可逆容量，在鋰離子電池的首次充電過程中，負(fù)極材料表面隨著鋰離子的嵌入，電解液中的溶劑分子共嵌，在負(fù)極材料表面分解形成SEI鈍化膜。只有在負(fù)極表面完全被SEI膜覆蓋后，溶劑分子不能嵌入，反應(yīng)才得以停止。產(chǎn)生SEI膜要消耗一部分鋰離子，這部分鋰離子不能在放電過程中由負(fù)極表面脫出，因此造成不可逆容量損失，從而降低了第一次放電比容量。
首次庫倫效率
評價一種負(fù)極材料性能優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)就是其首次充放電效率，也稱首次庫倫效率。首次庫倫效率直接決定電極材料的使用性能。
由于SEI膜大多是在電極材料的表面形成，所以電極材料的比表面積直接影響SEI膜的形成面積，比表面積越大，與電解液接觸面積也越大，形成SEI膜面積也越大。
一般認(rèn)為，形成穩(wěn)定的SEI膜對電池的充放電是有利的，那種不穩(wěn)定的SEI膜對反應(yīng)是不利的，會不斷消耗電解液，加厚SEI膜的厚度，增大內(nèi)阻。
循環(huán)性能
電池循環(huán)性能是指電池容量下降到某一規(guī)定的值時，電池在某一充放電制度下所經(jīng)歷的充放電次數(shù)。在循環(huán)性能方面，SEI膜會對鋰離子的擴(kuò)散有一定的阻礙作用，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SEI膜會不斷脫落、剝離、沉積在負(fù)極表面，導(dǎo)致負(fù)極的內(nèi)阻逐漸增加，帶來熱累積和容量損失。
膨脹
膨脹和循環(huán)壽命是正相關(guān)的關(guān)系，負(fù)極膨脹后，第一，會造成卷芯變形，負(fù)極顆粒形成微裂紋，SEI膜破裂重組，消耗電解液，循環(huán)性能變差；第二，會使隔膜受到擠壓、尤其極耳直角邊緣處對隔膜的擠壓較嚴(yán)重，極易隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行引起微短路或微金屬鋰析出。
就膨脹本身來說，石墨嵌鋰過程中鋰離子會嵌入石墨層間距里，導(dǎo)致層間距擴(kuò)張、體積增大，這種膨脹部分是不可恢復(fù)的。膨脹的多少與負(fù)極的取向度有關(guān)，取向度=I004/I110，通過XRD數(shù)據(jù)可以計算出來。各向異性的石墨材料在嵌鋰過程中傾向于往同一個方向（石墨晶體的C軸方向）發(fā)生晶格膨脹，因此將導(dǎo)致電池發(fā)生較大的體積膨脹。
倍率性能
鋰離子在石墨負(fù)極材料中的擴(kuò)散具有很強(qiáng)的方向性，即它只能垂直于石墨晶體C軸方面的端面進(jìn)行插入。小顆粒、高比表面積的負(fù)極材料的倍率性能較好。另外，電極表面電阻（SEI膜帶來）和電極導(dǎo)電性也影響倍率性能。
與循環(huán)壽命和膨脹相同，各向同性的負(fù)極，鋰離子傳輸通道多，解決了各向異性結(jié)構(gòu)中嵌入脫出的入口少、擴(kuò)散速率低的問題，對大電流充放電也有作用，因此，石墨負(fù)極材料多采用造粒、包覆等工藝技術(shù)來提高其倍率性能。
資料來源：何瑩等，鋰離子電池石墨負(fù)極材料的性能及發(fā)展研究概述，鞍鋼化學(xué)科技有限公司
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
