锂离子电池硬碳负极材料的研究进展

1、236材料导报2017年5月第31卷专辑29锂离子电池硬碳负极材料的研究进展国家自然科学基金（21576047fU151O2O4；21276045）李玉龙男.1991年生硕士研究生主要从事锂离子电池硬碳负极材料的研究E-mail：Hyulongl4周颖：通讯作者女教授主要研究方向为煤炭转化及利用.新型炭素材料的开发及利用&mail：zhouymg02李玉龙，刘瑞峰，周颖，郭宏毅，贺磊,邱介山（大连理工大学化工与环境生命学部炭素材料研究室，精细化工国家重点实验室能源功料化工辽宁省重点实验室大连116024）摘要碾负极材科是迄今为止综合性能最好的锂离子电池负极材料。通过对碳材料微观结构的设

2、计能够显著改善锂离子电池的能童密度、功率密度和循环寿命，适应新能源汽车对动力电池的要求。与传统石晏负极材料相比咬碳具有嵌锂容量高.倍率性能好以及循环寿命长等优点。研究者通过改变後源.优化制备工艺相维制备了一系列结构独特性能优异的砍威材料。基于硬碳基锂离子电池负极材料的最新研究进展，总结了以不同碳源制备哽戎材料的研究工作并简要分析了硬碳的微观结构对材料按锂性能的形响。最后总结并指出了该领域亟待解决的问題以及未来的发展方向。关键词磧碳锂离子电池负极碳源制备中图分类号:0646文献标识码:AProgressofHardCarbonAnodeMaterialsforLithium-ionBatteri

3、esLIYulong,LIURuifeng,ZHOUYing,GUOHongyi,HELei,QIUJieshan(CarbonResearchlaboratoryLiaoningKeyLaboratoryforEnergyMaterialsandChemicalEngineering,StateKeylaboratoryofFineChemicals»FacultyofChemicalEnvironmentalandBiologicalScienceandTechnology,DalianUniversityofTechnologyDalian116024)AbstractSofa

4、r,carbonanodematerialsforlithium-ionbatteries(LIBs)havedeliveredthebestcomprehensiveperformance.Andthecyclelife,energyandpowerdensityofLIBscanbeimprovedsignificantlytomeettherequirementsofnewenergyvehiclesforpowerbatteriesbythedesignofmicrostructureofcarbonmaterials(乃mparingtothetraditionalgraphiteb

5、asedanodematerial,hardcarbondeliversahigherstoragecapacity,betterrateandcycleperformanceandsoon.Researchershavepreparedaseriesofhardcarbonswithnovelstructureandexcellentpropertiesbyusingdifferentcarbonsourcesandoptimizingthepreparationprocess.Thispaperpresentsthestate-of-the-artdevelopmentsintheprep

6、arationofthehardcarbonsfromvariouscarbonsources.ItalsoroughlyanalyzestheinfluenceofthemicrostructureofthehardcarbonsonthelithiumintercalationpropertiesFinally*theperspectivesandissuestoberesolvedforthehardcarbonmaterialsarediscussed.Keywordshardcarbon.LIBsanodematerialscarbonsources,preparation0引言自1

7、991年SONY公司以石油焦炭为负极材料将锂离子电池推向商业化以来，因其岀色的循环寿命、较髙工作电压、高能量密度等特性，锂离子电池一经推出就受到人们的广泛关注迅速成为能源储存装置中的明星。近年来，随着新能源交通工具（如EV和HEV的发展，对锂离子电池提出了更高的要求。作为锂离子电池关键部分的负极材料需要具备（1）在1匸的嵌入过程中自由能变化小反应髙度可逆；（2）Li+在负极材料的固态结构中有高的扩散率;（3）具有良好的电导率;（4）优良的热力学稳定性以及与电解质良好的相容性等。研究者们通过开发具有新颖纳米结构的碳材料和非碳材料，来提髙作为锂离子电池负极的嵌锂性能。然而，这些新颖的材料如Sn.S

8、i.Fe2O3.石墨烯、碳纳米管冋等，虽然其理论嵌锂容绘较高（Sn和Si的理论嵌锂容蚩分别为994mAh-g1和4ZOOmAhgT）但由于制备工艺相当复杂.成本较高，而且在充放电过程中存在较大的体积变化和不可逆容量。因此若将其进行商业化应用还需要解决许多问题。碳负极材料作为一种综合性能优异的锂离子电池负极材料近来得到了哥度关注。通过对碳材料微观结构的设计能够显著改善锂离子电池的能蚩密度、功率密度和循环寿命。与传统石墨负极材料相比硬碳具有嵌锂容量高、倍率性能好以及循环寿命长等优点。本文基于硕碳基锂离r电池负极材料的最新研究进展总结了以不同碳源制备硬碳材料的研究工作分析了硕碳的微观结构对材料嵌锂性能的影响。并对该领域亟待解决的问