石墨类碳负极材料的分类及其优缺点

石墨类碳负极材料可分为三类：天然石墨、人造石墨、复合石墨。

1、天然石墨

天然石墨从天然石墨矿中提纯得到，具有六方形和菱形两种层状晶体结构。

天然石墨的优点：储量大、成本低、安全无毒。

天然石墨的缺点：在锂离子电池中，天然石墨粉的颗粒外表面反应活性不均匀，晶体粒度较大，在充放电过程中表面晶体结构容易被破坏，存在表面SEI膜（固体电解质界面膜，可以让锂离子通过，但不让电子通过的膜）覆盖不均匀，导致初始库仑效率低（根据网络资料：即首次库仑效率，可视为锂离子电池放电容量和充电容量比值的最大值）、倍率性能不足。

针对天然石墨的缺点的改性技术：颗粒球形化、表面氧化、表面氟化、表面碳包覆等。从成本和性能两方面综合考虑，目前，工业界对石墨改性主要使用碳包覆工艺处理。

通过碳包覆工艺处理，采用天然石墨作为负极材料的电池基本可以满足消费类产品对小型电池性能的要求（含个人理解）。

2、人造石墨

人造石墨一般由易石墨化碳经高温石墨化处理得到。易石墨化碳包括石油焦、针状焦、沥青焦、冶金焦等焦炭材料。

人造石墨的优点：与天然石墨的优点相似（个人理解：储量大、安全无毒），并且循环性能、大倍率充放电性能、与电解液的相容性均优于天然石墨。

人造石墨的缺点：工艺流程比较复杂，成本相对天然石墨较高，能量密度低于天然石墨。

随着全球动力电池市场的爆发式增长，动力电池对材料的成本、加工性能、能量密度、循环寿命、快充倍率等因素的综合要求提升，人造石墨已成为动力电池和中高端消费电池的主流负极材料。

人造石墨可细分为三类：中间相炭微球人造石墨、针状焦人造石墨、石墨普焦人造石墨。其中中间相炭微球人造石墨是人造石墨的重要品种。

20世纪60年代，研究人员在研究煤焦化沥青中，发现了一些光学各向异性（个人理解：一种物质不同方向的性能各异）的小球体，这些各向异性的小球体就是中间相炭微球的雏形。

1973年，日本科学家将中间相小球从沥青母体中分离出来，命名为中间相炭微球。

20世纪90年代，石墨化的中间相炭微球逐步应用于锂离子电池的负极并成功实现产业化，并逐步替代由Sony（索尼）公司开发的第一代锂离子电池中的针状焦。

因为中间相炭微球的颗粒外表面均为石墨结构的边缘面，反应活性均匀，容易形成稳定的SEI膜，更有利于锂离子的嵌入和脱出。所以中间相炭微球具有较高的首周效率（个人理解：与首次库仑效率、初始库存效率类似的指标）和优异的倍率性能。但中间相炭微球存在制作成本高的缺点。

3、复合石墨

复合石墨是含有天然石墨和人造石墨双组分的石墨材料。

审核编辑：刘清