大电流快充技术，需要什么样快充负极？

“ 快充负极：二次造粒、表面碳包覆、硅碳负极是提高倍率性的三条路径”

01

快充负极：二次造粒技术

二次造粒是目前高端人造石墨为了兼顾能量密度与倍率性能往往会采取的重要工序。一次造粒的目的是减小负极颗粒的体积，二次造粒的目的是将小颗粒粘结成大颗粒。

对于倍率性而言，负极颗粒越小，颗粒的比表面积就越大，锂离子迁移的通道就会增加，路径变短，利于锂离子的运动；而对于容量而言，负极颗粒越大，压实密度越高，活性颗粒的空间利用率增大，利于储锂。通过造粒制备的二次颗粒兼具大颗粒压实密度高、容量大的优点，及小颗粒比表面积大锂离子脱嵌通道多的优点，同时提高二次颗粒的各向同性度，以兼顾能量密度和倍率性能，二次造粒的工艺壁垒较高。

图1 一次颗粒人造石墨颗粒SEM照片

图2 二次颗粒人造石墨颗粒SEM照片

02

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快充负极：表面碳包覆

表面碳包覆可以起到加快嵌锂和保护负极的作用，具体方法是以沥青等作为包覆原料与石墨颗粒混合经炭化在石墨表面形成无定型碳包覆，构筑出层状排布的“核壳结构”。碳化后对电池负极有三方面好处：

（1）无定形碳的碳层之间是无序排列的，结构各向同性的，且碳层间距较石墨层间距更大，锂离子可以自由在碳层间移动；

（2）无定形碳层表面孔隙较高，并有许多通道，可以为锂离子嵌入石墨层起到引导作用；

（3）无定形碳与电解液的相容性更好，可以有效防止大分子有机溶剂的共嵌入，抑制石墨层的剥落，抑制析锂，降低快充对石墨材料的破坏。

目前包覆处理主要用于高端石墨负极，包覆材料与包覆工艺的不同均会对实际的包覆效果产生较大影响。

图3 锂离子在无包覆/有包覆石墨中嵌入模式

注：a为无包覆，B为有包覆

03

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快充负极：硅基负极

硅基负极一方面，硅基负极可以提升安全性，在快充过程中，石墨VS锂电位约为 0V，因此容易产生锂析出效应。而硅的嵌锂平台更高，对锂电位约为 0.5V，表面析锂的可能性较小；另一方面，硅材料的理论容量可达 4200 mAh/g，远高于于碳材料的 372mAh/g，储锂性能更优。但硅的体积膨胀系数较大，且导电性较差，因此目前硅基负极的改性路线包括：1）对纳米硅颗粒进行多孔处理，多孔硅可以容纳自身在嵌锂过程中的体积膨胀；2）与石墨负极组成具有中空结构的蛋黄-蛋壳结构，并在表面进行碳包覆，提升倍率性；3）添加导电剂增强导电性。

图4 不同类型负极材料性能对比

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