鋰離子電池是指以兩種不同的能夠可逆地嵌入及脫出鋰離子的嵌鋰化合物分別作為電池正極和負極的二次電池體系。充電時，鋰離子從正極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入到負極中；放電時則相反，鋰離子從負極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入到正極中。

負極材料是鋰離子電池的四大關鍵材料之一，約占整個電芯成本的15%。石墨由于具備電子電導率高、鋰離子擴散系數(shù)大、層狀結(jié)構(gòu)在嵌鋰前后積變化小、嵌鋰容量高和嵌鋰電位低等優(yōu)點，成為目前主流的商業(yè)化鋰離子電池負極材料。

 

石墨的嵌鋰機理大致為，鋰離子嵌入石墨層間后，形成嵌鋰化合LixC6(0≤x≤1），理論容量可達372mAh/g( x=1)。

 

01

石墨的晶體結(jié)構(gòu)

石墨的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)P63/mmm空間群，具有典型的層狀結(jié)構(gòu)特征。在石墨層面內(nèi)，碳原子呈六角形排列并向二維方向延伸，層面間每個碳原子與其相鄰的三個碳原子以sp2雜化的dσ鍵結(jié)構(gòu)形式存在，結(jié)構(gòu)相當穩(wěn)定；在石墨層與層之間，碳—碳之間僅以弱的范德華力(Van der Waals)結(jié)合，層面間距大約為0.34nm，由于石墨層間的結(jié)合力薄弱，且空間較大，容易插入其它金屬或非金屬分子、原子、離子或離子團，形成石墨層間化合物。

 

02

石墨的分類

石墨可以分為天然石墨和人造石墨。天然石墨一般都以石墨片e、石墨片麻巖、含石墨的片巖及變質(zhì)頁巖等礦石出現(xiàn)。而人造石墨則是以粉狀的優(yōu)越煅燒石油焦為原料，在其中加入瀝青作為粘結(jié)劑，以及其他輔料后，壓制成形，在2500~3000°C、非氧化氣氛中處理，使之石墨化。

 

天然石墨和人造石墨，在晶體結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、物理形態(tài)、理化性質(zhì)等方面都有所差別，由此影響到了相關的應用。