中国粉体网讯 负极材料是锂离子电池的关键组成部分，对锂离子电池性能有着重要影响。研究发现，负极材料的造粒方式对其性能有较大影响。
研究人员以煤系针状焦为原料，经破碎、石墨化得到一次颗粒负极材料，对石墨化机理及储锂机制进行研究，结果表明，一次颗粒负极材料的首次库伦效率为84%。虽然以针状焦为原料的一次颗粒负极材料具有较高的容量，但由于针状焦特有的流线型纤维结构使其在各个方向上的取向度不同，单采用针状焦制备的一次颗粒负极材料在电化学性能方面仍存在一定缺陷，容易造成电池膨胀，且倍率性能一般，首次库伦效率较低，在工业生产中会导致大量消耗正极材料，从而增加成本。目前，负极材料制备工艺逐渐改进，以改善负极材料的加工性能、首次库伦效率及倍率性能。
人造石墨（图片来源：贝特瑞网站）
二次造粒有利于提高负极材料性能。二次造粒工艺是将骨料粉碎获得小颗粒基材后，使用沥青作为黏结剂，根据目标粒径的大小，在反应釜内进行二次造粒，经过后续石墨化等工艺，获得成品二次造粒负极材料。对单颗粒负极进行二次造粒工艺，可以丰富Li+在晶格内嵌脱的通道数量，进一步提升负极材料的倍率性能及低温性能。小颗粒比表面积大，锂离子迁移通道多、路径短、倍率性能好，大颗粒压实密度高，容量大。二次颗粒负极材料可以兼顾大颗粒和小颗粒的优点，成为容量高、倍率性能好的负极材料。此外，利用造粒工艺形成的二次颗粒负极材料可增加负极材料的各向同性，改善电池的首次库伦效率和倍率性能。
1、不同黏结剂量下二次颗粒人造石墨负极材料性能分析
研究者以煤系针状焦生焦为原料、自制高性能煤沥青为黏结剂，对针状焦生焦进行造粒加工处理，制备具有高能量密度和倍率性能的二次颗粒人造石墨负极材料。采用不同的分析方法，对黏结剂沥青添加量分别为5%（质量分数，下同），8%和12%时二次颗粒人造石墨负极材料的理化指标和电化学性能进行分析。当黏结剂沥青添加量为8%时，造粒工艺效果最为理想，原料单颗粒在黏结剂沥青的作用下聚集而成的二次颗粒量最多，相较于其他黏结剂沥青量下制备的人造石墨负极材料，该条件下制备的人造石墨负极材料的粒度和振实密度有明显的提高。在电化学测试方面，8%CP-AG在0.1C电流密度下的首次充电比容量和首次库伦效率分别为345.7mAh/g和95.6%，均高于5%CP-AG和12%CP-AG的首次充电比容量和首次库伦效率；在倍率性能测试中，8%CP-AG在1C和2C电流密度下也展现出较高的倍率充放电能力。将煤沥青转化成针状焦和黏结剂沥青，制备成二次颗粒人造石墨负极材料，保留了一次颗粒负极材料高容量的优势，同时弥补了一次颗粒在倍率性能方面的不足，还可以实现煤沥青的高附加值利用。
2、单颗粒人造石墨负极材料与二次颗粒人造石墨负极材料对电池性能的影响
为优化功率型锂离子电池的性能，研究人员以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）/石墨体系方形电池为对象，对比两种不同功率型负极材料（单颗粒人造石墨和二次颗粒人造石墨）的理化差异，分析两种负极材料对电池电化学性能的影响。
单颗粒人造石墨（a）和二次颗粒人造石墨（b）SEM图
研究人员分别从理化指标、电化学阻抗、直流内阻、不同温度恒功率充放电、低温脉冲放电、倍率性能、循环性能、高温存储性能等方面对负极材料及组装的电池进行分析。分析认为，二次颗粒人造石墨负极材料的粒径分布更窄，提升了动力学性能，并具有更低的阻抗特性，在室温条件下，制备的电池的充放电直流内阻比单颗粒人造石墨负极材料制备的分别降低16.58%和13.96%。二次颗粒人造石墨负极材料大电流充放电性能及低温性能更好，在恒功率充放电、低温脉冲放电及倍率性能测试中表现更出色；常温下以3.00C在2.8V-4.2V循环2500次，容量保持率为86.7%，较单颗粒人造石墨负极提高1.5%。二次颗粒人造石墨负极材料由于比表面积增大，高温存储性能略有下降，满电存储30d后，残余容量及恢复容量分别比单颗粒人造石墨负极低1.4%和1.5%。
小结
对于负极材料而言，其粒度、形貌、比表面积、石墨化度、振实密度等都会影响锂离子电池性能。不同的造粒方式会对负极材料及锂离子电池性能产生一定影响，通过对比分析，相对于单颗粒负极材料，通过二次造粒工艺制备的二次颗粒负极材料在性能上更加优越，同时也说明正确评估材料的特性并合理选材，对于锂离子电池性能优化也非常重要。
参考来源：
1、郭明聪等.二次颗粒人造石墨负极材料的制备及储锂性能
2、王纪威等.二次造粒石墨对锂离子电池性能的影响
3、孙世敏等.小粒径石墨颗粒对锂离子电池性能影响研究
4、刘海丰等.人造石墨用于锂离子电池负极材料的性能分析评价
（中国粉体网编辑整理/文正）
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