中國粉體網訊 石墨負極材料的技術指標眾多，且難以兼顧，主要包括比表面積、粒度分布、振實密度、壓實密度、真密度、首次充放電比容量、首次效率等。除此之外，還有電化學指標如循環性能、倍率性能、膨脹等等。
來自鞍鋼化學科技有限公司的研究人員綜述了石墨負極材料的核心性能指標對其性能的影響。
比表面積
指單位質量物體具有的表面積，顆粒越小，比表面積就會越大。
小顆粒、高比表面積的負極，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能就比較好，但由于與電解液接觸面積大，形成SEI膜的面積也大，首次效率也會變低。大顆粒則相反，優點是壓實密度更大。
石墨負極材料的比表面積小于5m2/g為宜。
粒度分布
石墨負極材料的粒度對其電化學性能的影響表現在負極材料粒度大小將直接影響材料的振實密度以及材料的比表面積。
振實密度的大小將直接影響材料的體積能量密度，合適的材料粒度分布才可以最大限度的發揮材料的性能。
石墨負極材料標準中的粒度分布
振實密度
振實密度是依靠震動使得粉體呈現較為緊密的堆積形式下，所測得的單位容積的質量。它是衡量活性材料的一個重要指標，鋰離子電池體積是有限的，若振實密度高，則單位體積的活性物質質量大，體積容量就高。
壓實密度
壓實密度主要針對極片，指負極活性物質和粘結劑等制成極片后，經過輥壓后的密度，壓實密度=面密度/(極片碾壓后的厚度減去銅箔厚度)。
壓實密度與片比容量、效率、內阻以及電池循環性能有密切關系。
壓實密度的影響因素：顆粒的大小、分布和形貌都有影響。
真密度
材料在絕對密實狀態下（不包括內部空隙），單位體積內固體物質的重量。
由于真密度是密實狀態下測得，會高于振實密度。一般地，真密度＞壓實密度＞振實密度。
石墨負極材料標準中的密度要求
首次充放電比容量
石墨負極材料在最初的充放電循環中存在不可逆容量，在鋰離子電池的首次充電過程中，負極材料表面隨著鋰離子的嵌入，電解液中的溶劑分子共嵌，在負極材料表面分解形成SEI鈍化膜。只有在負極表面完全被SEI膜覆蓋后，溶劑分子不能嵌入，反應才得以停止。產生SEI膜要消耗一部分鋰離子，這部分鋰離子不能在放電過程中由負極表面脫出，因此造成不可逆容量損失，從而降低了第一次放電比容量。
首次庫倫效率
評價一種負極材料性能優劣的一個重要指標就是其首次充放電效率，也稱首次庫倫效率。首次庫倫效率直接決定電極材料的使用性能。
由于SEI膜大多是在電極材料的表面形成，所以電極材料的比表面積直接影響SEI膜的形成面積，比表面積越大，與電解液接觸面積也越大，形成SEI膜面積也越大。
一般認為，形成穩定的SEI膜對電池的充放電是有利的，那種不穩定的SEI膜對反應是不利的，會不斷消耗電解液，加厚SEI膜的厚度，增大內阻。
循環性能
電池循環性能是指電池容量下降到某一規定的值時，電池在某一充放電制度下所經歷的充放電次數。在循環性能方面，SEI膜會對鋰離子的擴散有一定的阻礙作用，隨著循環次數的增加，SEI膜會不斷脫落、剝離、沉積在負極表面，導致負極的內阻逐漸增加，帶來熱累積和容量損失。
膨脹
膨脹和循環壽命是正相關的關系，負極膨脹后，第一，會造成卷芯變形，負極顆粒形成微裂紋，SEI膜破裂重組，消耗電解液，循環性能變差；第二，會使隔膜受到擠壓、尤其極耳直角邊緣處對隔膜的擠壓較嚴重，極易隨著充放電循環的進行引起微短路或微金屬鋰析出。
就膨脹本身來說，石墨嵌鋰過程中鋰離子會嵌入石墨層間距里，導致層間距擴張、體積增大，這種膨脹部分是不可恢復的。膨脹的多少與負極的取向度有關，取向度=I004/I110，通過XRD數據可以計算出來。各向異性的石墨材料在嵌鋰過程中傾向于往同一個方向（石墨晶體的C軸方向）發生晶格膨脹，因此將導致電池發生較大的體積膨脹。
倍率性能
鋰離子在石墨負極材料中的擴散具有很強的方向性，即它只能垂直于石墨晶體C軸方面的端面進行插入。小顆粒、高比表面積的負極材料的倍率性能較好。另外，電極表面電阻（SEI膜帶來）和電極導電性也影響倍率性能。
與循環壽命和膨脹相同，各向同性的負極，鋰離子傳輸通道多，解決了各向異性結構中嵌入脫出的入口少、擴散速率低的問題，對大電流充放電也有作用，因此，石墨負極材料多采用造粒、包覆等工藝技術來提高其倍率性能。
資料來源：何瑩等，鋰離子電池石墨負極材料的性能及發展研究概述，鞍鋼化學科技有限公司
（中國粉體網編輯整理/平安）
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