Page 144 - 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

墨层间的结合力，在一定程度上提高石墨材料的储锂可逆性。通过氟化和氧化处
理、包覆异质碳材料、金属颗粒及其氧化物、聚合物材料等表面改性，可减少石
墨层在充放电过程的剥离现象，提高其可逆比容量。

作为商业化 LIB 负极，石墨负极的主要缺点是储锂的氧化还原电压平台低
（0.05~0.3V），充放电过程容易产生锂枝晶，锂枝晶穿透隔膜后导致电池内部
短路，电芯放出大量的热量使电解液迅速分解，导致电池壳急剧膨胀，从而爆
炸着火，引发安全问题。除上述介绍的石墨 / 石墨化负极外，硬碳材料也具有

较好的储锂性能，其安全性高于石墨负极。硬碳是难以石墨化的碳，通常为高
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分子材料热裂解制得。此类碳材料具有多孔结构，目前认为其主要通过 Li 可
逆地在微孔中吸附 / 脱附及表面吸附 / 脱附进行储锂。硬碳的可逆比容量可达
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300~500mA·h·g–1，但平均氧化还原电压高达 1Vvs.Li /Li，且无明显的电压平
台。Liao 等报道了通过热裂解纤维素制备的硬碳，在 0.1C 的首次放电 / 充电比
容量分别为 399.1/370.8mA·h·g–1，循环 100 次后仍有 340mA·h·g-1。形貌、
孔隙率等很大程度上影响硬碳的循环稳定性和可逆比容量。另外，相比于石墨材
料，硬碳的可逆比容量提幅不大，且电压平台的提高降低了全电池的比能量密度。

近几年的研究主要集中在不同碳源的选择、调控工艺、与高容量材料复合、包覆等。

二、钛酸锂

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Li 4 Ti 5 O 12 的氧化还原电压为 1.5V（vs.Li /Li），理论上，1mol Li 4 Ti 5 O 12 在
1~3V 范围内能可逆脱插 3mol 锂离子，对应的可逆比容量为 175mA·h·g–1；
在 0~3V 电压范围内，理论上能可逆脱插 4.5mol 锂离子，对应可逆比容量为
262.5mA·h·g-1；Li 4 Ti 5 O 12 在 1~3V 及 0~3V 的充放电曲线、CV 曲线。在 0~3V
范围内充放电将导致晶型缓慢破坏，容量损失较快，且电压平台变化明显；在

1~3V 充放电时，锂离子插入和脱出引起的晶胞体积变化不足 0.2%，被认为具有
“零应变”的特点，且平台电压稳定，作为 LIB 负极，通常认为 1~3V 的可逆容
量更有实用意义。Li 4 Ti 5 O 12 自 1996 年被报道后，学术界对其研究热情一直长盛
不衰，最早实现产业化的报道可追溯至 2008 年东芝发布的 4.2A·h 钛酸锂锂负

极动力电池，标称电压 2.4V，能量密度 67.2W·h·kg–1（131.6W·h·L–1）。
Li4Ti5O12 的“零应变”特点在储锂性能上表现为超长的循环稳定性（20000 次
循环容量保持率可达 80%），这是传统石墨负极无法比拟的；另外，Li 4 Ti 5 O 12 在

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