中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展
杜俊涛1
聂毅2
吕家贺3
马江凯4
郏慧娜1
张敏鑫1
孙一凯1
郑双双1
白璐5
1.郑州中科新兴产业技术研究院(中国科学院过程工程研究所郑州分所),河南郑州4500002.郑州中科新兴产业技术研究院(中国科学院过程工程研究所郑州分所),河南郑州450000;中国科学院过程工程研究所,北京1001903.郑州中科新兴产业技术研究院(中国科学院过程工程研究所郑州分所),河南郑州450000;大连理工大学化工学院,辽宁大连1160244.郑州中科新兴产业技术研究院(中国科学院过程工程研究所郑州分所),河南郑州450000;郑州大学化工学院,河南郑州4500005.中国科学院过程工程研究所,北京100190
摘要：中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素.为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点.笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响.从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响.发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减.从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响.表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量.从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响.碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性.非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能.MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能.MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料.最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点.
关键词：中间相炭微球锂离子电池负极材料复合材料
分类号：TM91(独立电源技术（直接发电）)
资助基金：国家自然科学基金(21908206)中国科学院重点部署项目(ZDRW-ZS-2018-1-3)
论文发表日期：2020-01-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 129-138 )
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