1 鋰離子電池的負極材料
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）目前，鋰離子電池負極材料大多采用炭材料，其中主要分為石墨類(lèi)和非石墨類(lèi)。其中石墨類(lèi)包括天然石墨、人造石墨和石墨化炭。石墨化炭中又分為中間相炭微球MCMB、中間相瀝青以及中間相炭纖維。根據石墨化的難易程度，非石墨化炭可分為易石墨化炭即軟炭和難石墨化炭即硬炭。其中，易石墨化炭（軟炭） 可分為焦炭和中間相炭微球MCMB，難石墨化炭（硬炭） 可分為聚氧茂甲醇（PFA—C）、聚并苯（PAS）、對次苯基和線(xiàn)性石墨混合物（LGH）。天然石墨具有優(yōu)良的嵌入－脫嵌性能和較低的嵌入電位，是眾多炭負極材料中較為良好的鋰離子電池負極材料。
2 石墨插層化合物機理
2.1 石墨結構
石墨是鋰離子電池炭負極材料中研究最多的一種，石墨晶體的微觀(guān)結構是由C=C雙鍵組成的六方形構成的一個(gè)平面，即墨片面，石墨晶體就是由這些面相互堆積組合而成的。其中，面內：SP2 雜化大π鍵，鍵合能345kJ/mol；層間：范德華力，鍵合能16.7kJ/mol。
墨片之間的距離，理想的單晶微晶參數為0.3354mm，無(wú)定形碳高達0.37nm。石墨晶體沿著(zhù)a 軸方向平均大小。墨片面沿著(zhù)與a軸垂直的c 軸方向進(jìn)行堆積，厚度為1nm~10um。石墨的插鋰電位較低，并且其波動(dòng)較為平坦，能夠為鋰離子提供較為穩定的工作電壓，是具有良好的充放電壓平臺。石墨電極的插鋰容量較高，最大嵌鋰量對應于LiC6，理論比容量為372mAh/g。
近年來(lái)隨著(zhù)技術(shù)的不斷提高，對石墨和各類(lèi)碳材料進(jìn)行表面改性和結構調整的研究取得了許多新的進(jìn)展。比如：可采用技術(shù)手段在各類(lèi)碳材料中形成納米級的孔、洞和通道等結構，使石墨部分無(wú)序化，使鋰產(chǎn)生非化學(xué)計量嵌入———脫嵌，其比容量可以由原來(lái)的372mAh/g 提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使鋰離子電池的比能量大大增加。
2.2 石墨貯鋰機理
一般認為，鋰離子嵌入碳材料形成石墨層間化合物（GICs） 時(shí)，其組成為L(cháng)ixC6，鋰在炭負極材料中嵌入- 脫嵌反應如下：
xLi+6CLixC6，其中0＜x≤1
在石墨層間化合物中，每隔n 層碳層嵌入一層鋰的結構稱(chēng)為n 階GICs （如圖1 所示）。Ohzuku 提出的模型認為鋰嵌入石墨層間的過(guò)程是從高階向低階過(guò)渡的插層過(guò)程，鋰在石墨中的嵌入容量隨著(zhù)插層反應的進(jìn)行而逐漸增加，逐步生成LiC72、LiC36、LiC27、LiC18 直至LiC6，相應的石墨晶體的層間距由0.3335nm 變?yōu)?.370nm。一階GICs 的嵌鋰容量最大，石墨的理論計算容量為372mAh/g，實(shí)際上，石墨的結晶度、微觀(guān)組織、堆積形式等都會(huì )對其嵌鋰性能產(chǎn)生影響，因此多數石墨材料的鋰可逆嵌入量x（LixC6）＜1，可逆容量低于372mAh/g。
3 晶質(zhì)石墨的提純研究
天然鱗片石墨已經(jīng)被廣泛地應用于離子電池負極材料，隨著(zhù)石墨的改性處理方法日益成熟，可逆容量和首次充放電效率逐漸改善，其作為鋰離子電池負極材料的地位也日漸提高。石墨自大規模開(kāi)發(fā)利用至今，有關(guān)鱗片石墨的提純工藝已經(jīng)開(kāi)發(fā)的較為成熟，然而我國儲量豐富的天然微晶石墨的開(kāi)發(fā)和利用長(cháng)期以來(lái)卻被人們所忽視。
在我國，天然微晶石墨的提純和加工技術(shù)和工藝還不完善，影響了這部分石墨資源的開(kāi)發(fā)和利用。天然微晶石墨礦石多呈致密塊狀，固定碳含量可達60%～80%，甚至90%以上，但可選性差，礦石中雜質(zhì)礦物較難分離，因此目前在工業(yè)應用上不及鱗片石墨廣泛。
天然微晶石墨的主要雜質(zhì)礦物為綠泥石和云母。采用單一鹽酸不能達到大幅度降低天然微晶石墨灰分含量的目的，而采用鹽酸和氫氟酸組成的混合酸能夠明顯降低天然微晶石墨中的雜質(zhì)含量，可采用兩種方法：
方法一：采用鹽酸預處理和鹽酸- 氫氟酸處理相結合的二步法提純微晶石墨工藝，可將天然微晶石墨試樣的灰分含量由11.49%降低至1.59%，固定碳含量由85.76 提高至96.21%，但該方法的缺點(diǎn)是提純工藝工序較多，提純周期較長(cháng)。
方法二：采用鹽酸- 氫氟酸一步法提純天然微晶石墨，按照正交實(shí)驗優(yōu)化后確立的工藝條件，可以將天然微晶石墨的灰分含量由11.49%降低至0.53%，固定碳含量由85.76%提高到97.34%，跟方法一相比，方法二縮短了提純周期，降低了提純成本。
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