Page 142 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

1%。石墨主要通过 Li+ 可逆插入和脱出石墨六原子碳层间，形成 LiC6 结构进行
储锂，其理论比容量为 372mA·h·g–1。天然石墨是远古动植物被深埋后，在
高压高温等条件下经过漫长地质演变而成，按结晶度天然石墨可分为磷片石墨和

土状石墨两类。磷片石墨形貌似鱼磷，石墨化程度大于 98%，宏观上表现出各向
异性，作为 LIB 负极首次库伦效率为 90%~93%。在 0.1C 电流密度下，其可逆比
容量为 340~370mA·h·g–1，几乎接近理论比容量，但石墨片层易发生剥离，
导致电池的循环性能不理想。Yoshio 等报道了天然磷片石墨作为 LIB 负极，首

次放电容量为 360mA·h·g–1（电流密度无法获知），首次库伦效率达 92%。
天然石墨的原子层结合能仅为 16.7kJ/mol，溶剂容易进入层间导致层剥离，使其
容量下降，通过表面包覆可有效阻止溶剂进入。Jian 等将酚醛树脂热裂解碳包覆
在磷片石墨表面，在 0.1C 电流密度下，可逆比容量从 330mA·h·g–1 提高至

360mA·h·g-1。
目前，主要采用包覆、复合等方法提高磷片石墨的循环稳定性和可逆容量。
低温使锂离子在磷片石墨中扩散慢，导致磷片石墨的可逆容量低，造孔可改善其
低温储锂性能。土状石墨又名微晶石墨，石墨化程度通常低于 93%，宏观上表现

出各向同性，刚灰色，有金属光泽，通常由煤变质而成，含有少量 Fe、S、P、N、
Mo 和 H 等杂质，用作 LIB 负极材料需提纯。另外，微晶石墨存在较多杂质和缺
陷，可逆容量一般低于 300mA·h·g–1。粒子大小对微晶石墨的可逆储锂容量
有明显影响，小颗粒材料通常具有较高的比表面积，能实现快速锂离子插入，可

逆比容量高。微晶石墨生产过程容易使颗粒破碎，在一定程度上影响材料的循环
稳定性。微晶石墨较差的结晶度使其容量低于磷片石墨，复合和包覆是常用的改
性方法。李新禄等将酚醛树脂热裂解碳包覆在微晶石墨表面，将微晶石墨的库伦
效率从 86.2% 提高至 89.9%。在 0.1C 电流密度下，经 30 次充放电循环，其放电

比容量不衰减。Sun 等将 FeCl3 嵌入微晶石墨的层间，使材料的可逆容量提升至
800mA·h·g-1。微晶石墨的容量、倍率性能均差于磷片石墨，相对于磷片石墨
而言研究较少。人造石墨主要由石油焦、沥青、针状焦和高分子纤维等高温隔氧
热处理而成。中间相碳微球（MCMB）是沥青类化合物受热时发生收缩形成的各

向异性小球，直径通常在 1~100µm，商业化 MCMB 的直径通常在 5~40µm，球
表面光滑，具有较高的压实密度。新制的 MCMB 表面呈疏水性，表面碳原子反
应活性高，在表面引入亲水性基团可提高其导电性。MCMB 的可逆储锂容量与

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