鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜等部分組成，其中負(fù)極材料的選擇會直接關(guān)系到電池的能量密度。金屬鋰具有最低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢（？3.04V，vs.SHE）和非常高的理論比容量（3860mA·h/g），是鋰二次電池負(fù)極材料的首選。然而，它在充放電過程中容易產(chǎn)生枝晶，形成“死鋰”，降低了電池效率，同時也會造成嚴(yán)重的安全隱患， 因此并未得到實際應(yīng)用。

 

直到1989年，Sony公司研究發(fā)現(xiàn)可以用石油焦替代金屬鋰，才真正的將鋰離子電池推向了商業(yè)化。在此后的發(fā)展過程中，石墨因其較低且平穩(wěn)的嵌鋰電位（0.01～0.2 V）、較高的理論比容量（372 mA·h/g）、廉價和環(huán)境友好等綜合優(yōu)勢占據(jù)了鋰離子電池負(fù)極材料的主要市場。此外，鈦酸鋰（Li4Ti5O12）雖然容量較低（175 mA·h/g），且嵌鋰電位較高（1.55V），但是它在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是一種“零應(yīng)變材料”， 因此在動力電池和大規(guī)模儲能中有一定的應(yīng)用，占據(jù)著少量的市場份額。隨著人們對鋰離子電池能量密度的追求越來越高，硅材料和金屬鋰將是負(fù)極材料未來的發(fā)展趨勢（圖2）。

 

我國在鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化方面具有一定的優(yōu)勢，國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)鏈從原料的開采、電極材料的生產(chǎn)、電池的制造和回收等環(huán)節(jié)比較齊整。此外，我國的石墨儲量豐富，僅次于土耳其和巴西。經(jīng)過近20年的發(fā)展，國產(chǎn)負(fù)極材料已走出國門，深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、上海杉杉科技有限公司和江西紫宸科技有限公司等廠商在負(fù)極材料的研發(fā)和生產(chǎn)等領(lǐng)域已處于世界先進(jìn)水平。

為了促進(jìn)鋰電行業(yè)的健康發(fā)展，我國從 2009年開始就陸續(xù)頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，涉及原料、產(chǎn)品和檢驗方法，提出了各項參數(shù)的具體指標(biāo)，并給出了相應(yīng)的檢測方法，對負(fù)極材料的實際生產(chǎn)和應(yīng)用起到了指導(dǎo)性作用。目前實際應(yīng)用的負(fù)極材料種類比較集中（石墨和Li4Ti5O12），主要涉及的標(biāo)準(zhǔn)共有4項（表1）。不過正在制定或修訂的標(biāo)準(zhǔn)還有6 項（表2），說明負(fù)極材料的種類有所增加，需要制定新的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范其發(fā)展。本文將重點介紹4項已頒布標(biāo)準(zhǔn)中的主要內(nèi)容和要點。 

 

1 國內(nèi)鋰電負(fù)極材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

我國在近十幾年發(fā)布的鋰離子電池負(fù)極材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中國家標(biāo)準(zhǔn)3項，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項。從類別上看，涉及的負(fù)極產(chǎn)品有3項，測試方法1項。石墨是首先得到商業(yè)化應(yīng)用的負(fù)極材料，因此GB/T24533—2009《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》是第一項負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)。隨后，少量的鈦酸鋰也進(jìn)入了市場，相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T825—2012《鈦酸鋰》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T30836—2014《鋰離子電池用鈦酸鋰及其碳復(fù)合負(fù)極材料》也先后推出。 

 

《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》將石墨分為天然石墨、中間相碳微球人造石墨、針狀焦人造石墨、石油焦人造石墨和復(fù)合石墨，每一類又根據(jù)其電化學(xué)性能（首次充放電比容量和首次庫侖效率）分為不同的級別，每一級別還根據(jù)材料的平均粒徑（D50）分為不同的品種。該標(biāo)準(zhǔn)對不同品種石墨的 各項理化性能參數(shù)均做出了要求，受限于篇幅，下文在敘述時只將石墨分為天然石墨、中間相碳微球人造石墨、針狀焦人造石墨、石油焦人造石墨和復(fù)合石墨，每一類指標(biāo)綜合了該類不同級別和不同品種石墨的所有參數(shù)。

 

我國正在制定或修訂的鋰離子電池負(fù)極材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，除了《鋰離子電池石墨類負(fù)極材料》屬于修訂標(biāo)準(zhǔn)，其余5項均為新制定的標(biāo)準(zhǔn)。正在新制定的《中間相炭微球》原先屬于石墨的一小類，現(xiàn)在被單列出來，說明該類石墨的重要性正在與日俱增。另外，還增加了一種新的石墨品種標(biāo)準(zhǔn)——《球形石墨》。除此之外，還有兩項關(guān)于軟碳的標(biāo)準(zhǔn)（《軟炭》和《油系針狀焦》）。軟碳是指在高溫下（＜2500℃）能夠石墨化的碳材料，其碳層的有序程度低于石墨，但高于硬碳。軟碳材料具有對電解液的適應(yīng)性較強(qiáng)、耐過充和過放性能良好、容量比較高且循環(huán)性能好等優(yōu)點，在儲能電池和電動汽車領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用，因此相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正在布局（表2）。 

 

我國政府在《中國制造2025》中建議加快發(fā)展下一代鋰離子動力電池，并提出了動力電池單體能量密度中期達(dá)到300W·h/kg，遠(yuǎn)期達(dá)到400W·h/kg的目標(biāo)。針對這一要求，對于負(fù)極材料而言，石墨的實際容量已接近其理論極限，需要開發(fā)具有更高能量密度且兼顧其它指標(biāo)的新材料。其中，硅碳負(fù)極能夠?qū)⑻疾牧系膶?dǎo)電性和硅材料的高容量結(jié)合在一起，被認(rèn)為是下一代鋰離子電池負(fù)極材料，因此相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也正在起草（表2）。