概述

石墨(高能量密度型)

石墨是碳的一种同素异形体，二者紧密相关。同素异形体是指同一元素组成的不同结构的单质。石墨是碳元素最稳定的存在形式。(金刚石是碳的一种亚稳态同素异形体，虽然它的硬度远远高于石墨，是自然界中硬度最高的物质，但它的稳定性却低于石墨。)

“石墨”一词来源于希腊语“graphein”，该材料耐高温，耐腐蚀，具有良好的导电性、导热性和稳定的化学性能，同时比铝要轻。除了用作锂离子电池的负极材料外，优质的石墨还可用于燃料电池、太阳能电池、半导体、发光二极管以及核反应堆等不同领域。

基本介绍

锂离子电池的主要组成部分包括正极、负极、电解液和隔膜等，统称为锂电池四大材料，上述材料在电池成本中所占的比例不同。其中，正极材料占40%左右，电解液占16%左右，隔膜占21%左右，负极材料仅占5%。因此，可以说正极材料的成本直接决定锂电池成本的高低。

在锂电池四大材料中，负极材料的技术相对最成熟。通常将锂电池负极材料分为两大类：碳材料和非碳材料。其中碳材料又分为石墨和无定形碳，如天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软炭（如焦炭）和一些硬炭等；其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等。

类型型号分类

目前，石墨材料仅占全球电池需求量的5%。人们有两种方式获取石墨：一是天然矿石，二是煤焦油的合成。而锂离子电池使用的石墨材料一般是由55%的合成石墨与45%低纯度的天然石墨调和制备的。

生产厂家曾经一度青睐合成石墨，因为合成石墨的均一性和纯度要优于天然石墨。现在情况却有了转变，现代化学提纯方法的应用使得经热处理可获得99.9%纯度的天然石墨，相比之下，合成石墨的纯度为99%，因而前者更受欢迎。与合成石墨相比，经过提纯的天然片状石墨有更高的结晶度，表现出更好的导电性和导热性。此外，天然石墨有望降低锂离子电池的生产成本，同时还能获得同等甚至更优异的电池性能。

应用

负极材料是锂离子电池的四大关键材料之一，约占整个电芯成本的15%。目前，负极材料仍以石墨类为主，但锂离子电池的发展方向是高容量、高倍率、高安全性。高容量的主要途径是使用克容量更高的正、负极材料，石墨类负极材料日渐不能满足下游电芯日益增长的性能要求，所以需要新型的负极。

新型的负极材料层出不穷，如钛酸锂、不定型碳、硅碳复合材料、锡基合金、金属合金、石墨烯等。新型负极材料各具特色，目前还没有哪一种具有绝对优势，各企业、机构还在对各种新型材料进行研发。

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石墨类负极材料的理论克容量为372mAh/g，市面上性能较好的石墨负极材料已经能达到360mAh/g，克容量逐渐趋于极限值。虽然石墨作为负极材料具有克容量较低、循环性偏差等劣势，但鉴于石墨类负极材料的高性价比，其不会立即被新型材料取代。一是因为新型负极材料技术不成熟，还需要很长一段时间进行性能改进；二是因为新型负极材料的价格较高，石墨类负极的价格优势明显；三是负极材料需要与正极材料、电解液等搭配使用，而目前正极材料的比容量普遍较低。

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