锂离子电池用石墨类负极材料结构调控与表面改性的研究进展

邢宝林^1,2，鲍倜傲¹，李旭升^1,2，史长亮^1,2，郭晖²，王振帅¹，侯磊¹，张传祥^1,2，岳志航¹

1. 河南理工大学化学化工学院河南省煤炭绿色转化重点实验室2. 煤炭安全生产河南省协同创新中心

摘 要：锂离子电池作为新一代绿色能量储存和转换装置,具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。负极材料是锂离子电池的核心部件之一,其结构和性质对电池的性能起着关键性作用。在众多碳基负极材料中,石墨类材料是目前商业化锂离子电池中应用最广的负极材料。但石墨类负极材料存在可逆容量较低、离子扩散动力学和电解液兼容性较差、体积膨胀率较高等问题,导致锂离子电池的能量密度、大电流倍率性能及循环稳定性等受到严重限制。尤其是近年来新能源汽车对续航里程和快速充放电能力的需求不断提高,使得石墨类负极材料在能量密度与功率密度方面的缺陷日渐凸显。为改善现有石墨类负极材料某些方面的缺陷,提高其综合性能,研究者们主要从石墨类负极材料的表面包覆、化学修饰、元素掺杂和微晶结构优化等角度进行了广泛探究,并取得了丰硕的成果。主要体现在:（1）表面包覆,构筑核壳结构,改善负极材料与电解液的兼容性;（2）化学修饰,调控界面化学性质,增强负极材料表面SEI膜（电极/电解液界面膜）的稳定性;（3）元素掺杂,调节石墨微晶表面的电子状态和导电性,强化负极材料的嵌-脱锂行为;（4）微晶结构优化,修筑三维（3D）梯级纳米孔道,改善锂离子的传输路径,提高负极材料的储能容量和倍率性能。本文简要介绍了锂离子电池的工作原理和其对石墨类负极材料的要求,重点综述了石墨类负极材料在结构调控与表面改性等方面的最新研究进展,并对石墨类负极材料的未来发展趋势进行了展望,以期为高性能锂离子电池用新型碳基负极材料的研发与推广应用提供参考。

关键词：锂离子电池;电极材料;石墨类负极材料;结构调控;表面改性;