锂电池负极之争：天然石墨与人造石墨谁更具潜力？|固态电池|材料|电解液|石墨|聚合物|负极|锂电池|锂离子电池

锂离子电池自20世纪90年代初商业化以来，已成为当今最重要的电化学储能材料之一。由于其高能量密度、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优点，锂离子电池在便携式电子设备、电动车和大规模储能系统等领域得到了广泛应用，其重要性日益凸显。

负极材料是锂离子电池的核心组成部分之一，其主要功能是在充电过程中存储锂离子，放电过程中释放锂离子，其性能直接影响电池的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性等。目前，在商品化的锂离子电池中，石墨类材料在负极材料中占据着重要地位，其比重超过其它材料。

根据原材料来源不同，石墨材料可分为人造石墨与天然石墨两种。其中人造石墨以化工产业的副产物焦炭为原材料，通过粉碎、整形、石墨化等工艺制得。人造石墨材料性能较为优异，其功率性能好、循环寿命长，但比容量相对较低，一般不超过360mAh/g（理想石墨比容量372mAh/g），且制作成本高，价格较贵。

与人造石墨不同，天然石墨以自然界形成的天然石墨矿石为原料，比容量较高(＞360mAh/g)，接近石墨比容量上限，能量密度较高，且制备工艺简单，一般不需要石墨化处理，材料成本较低。但与人造石墨相比，天然石墨颗粒内部并不是完全致密的，而是存在许多孔洞，这会导致材料在循环过程中应力分布不均匀，随循环的进行，颗粒膨胀收缩，导致表面开裂，电解液渗入，在颗粒内部消耗Li+，生成新的SEI膜，导致循环寿命相对较差，只有500次左右。

随着锂离子电池市场的不断发展，不论是在消费类领域，还是动力电池领域，都需要负极材料具有更高的能量密度，更加优异的循环性能，更低的成本。人造石墨循环性能优异，但其比容量提升较为困难，且因原材料价格及制造工艺导致材料成本居高不下。因此，人们将目光转向了天然石墨，尝试对天然石墨进行改性，以提高其循环性能。目前，对天然石墨主要的改性方法有表面包覆（碳包覆、无机物包覆、聚合物包覆）以及结构设计（多孔石墨、扩层石墨）。此外，复合改性是一种常见的优化材料性能的方法，可以将两种不同材料的优点结合起来，然而简单的机械混合可能导致颗粒团聚，影响性能。将天然石墨与人造石墨进行复合改性，有望在保留人造石墨优异性能的同时，降低人造石墨的使用比例，从而实现能耗与成本的双重降低，为负极材料的性能升级与成本控制提供新路径。

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