石墨类碳负极材料具有哪些优点及其缺点呢

锂离子电池的能量密度在较大程度上取决于负极材料，从锂离子电池实现商业化至目前，所使用的负极材料最成熟的是石墨类碳负极材料。

石墨类碳负极材料已有国家标准，国家标准名称为GB/T 24533-2019《锂离子电池石墨类负极材料》。

石墨类碳负极材料具体采用结晶性层状结构的石墨类碳材料，与正极材料在一定体系下协同作用，实现锂离子电池多次充电和放电。在充电过程中，石墨类负极接受锂离子的嵌入；在放电过程中，锂离子从石墨类负极脱出。

1、石墨类碳负极材料（以下简称“石墨”、“石墨负极材料”）特点和优点

石墨具有层状结构，层间距为0.335nm，同层的碳原子以sp2杂化（根据网络资料理解：碳原子最外层有四个电子，其中两个电子处于s能级，另两个电子分别处于不同的p能级，能级即电子运动轨道。sp2杂化是指碳原子外层的s能级和具有电子的两个p能级形成三个新轨道的过程。每个新轨道包括1/3的s能级和2/3的p能级，三个新轨道间的夹角为120°，处于同一平面，每个碳原子的一个新轨道可以与相邻碳原子的一个新轨道形成共价键，新轨道可被称为杂化轨道）形成共价键（根据网络资料理解：原子间形成的一种强烈作用，原子形成共价键的状态可理解为原子间电磁力平衡的状态）结合，石墨层间以范德华力（根据网络资料理解：分子或原子间的一种作用力，相对共价键较弱）结合。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

石墨的每一层碳原子间均呈六元环排列方式，并向二维方向无限延伸。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

石墨的层状结构可以使锂离子容易嵌入和脱出，并且石墨的结构在充放电过程中可保持稳定。

石墨负极材料的理论比容量（克容量）为372mAh/g，实际比容量（克容量）为340-370mAh/g。锂离子嵌入石墨层间可形成LixC6层间化合物（个人理解：x≤1）。

石墨负极材料的脱嵌反应发生在0.05-0.1V电位（个人理解：假设金属锂或锂离子的电位为0），具有明显的低电位充放电平台，有利于为锂离子电池提供高而平稳的工作电压。

2、石墨类碳负极材料（以下简称“石墨”、“石墨负极材料”）的缺点

（1）在充放电过程中，石墨负极材料容易与电解液反应生成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），使得锂离子电池的首次库仑效率（可简称为“首效”，根据网络资料理解：首效是用来量化锂离子电池负极材料的一个性能指标，定义为锂离子电池在首次充放电循环中放电容量与充电容量的比值）较低。

（2）石墨与电解液的相容性较差，容易与电解液中的有机溶剂发生共嵌入，即锂离子与电解液中的有机溶剂共同嵌入石墨层间，导致石墨层膨胀剥落，进而导致锂离子电池循环稳定性降低。

审核编辑：刘清