鋰電池負(fù)極之爭：天然石墨與人造石墨誰更具潛力？

鋰離子電池自20世紀(jì)90年代初商業(yè)化以來，已成為當(dāng)今最重要的電化學(xué)儲能材料之一。由于其高能量密度、長循環(huán)壽命、低自放電率和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其重要性日益凸顯。

負(fù)極材料是鋰離子電池的核心組成部分之一，其主要功能是在充電過程中存儲鋰離子，放電過程中釋放鋰離子，其性能直接影響電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命和安全性等。目前，在商品化的鋰離子電池中，石墨類材料在負(fù)極材料中占據(jù)著重要地位，其比重超過其它材料。

根據(jù)原材料來源不同，石墨材料可分為人造石墨與天然石墨兩種。其中人造石墨以化工產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物焦炭為原材料，通過粉碎、整形、石墨化等工藝制得。人造石墨材料性能較為優(yōu)異，其功率性能好、循環(huán)壽命長，但比容量相對較低，一般不超過360mAh/g（理想石墨比容量372mAh/g），且制作成本高，價(jià)格較貴。

與人造石墨不同，天然石墨以自然界形成的天然石墨礦石為原料，比容量較高(＞360mAh/g)，接近石墨比容量上限，能量密度較高，且制備工藝簡單，一般不需要石墨化處理，材料成本較低。但與人造石墨相比，天然石墨顆粒內(nèi)部并不是完全致密的，而是存在許多孔洞，這會(huì)導(dǎo)致材料在循環(huán)過程中應(yīng)力分布不均勻，隨循環(huán)的進(jìn)行，顆粒膨脹收縮，導(dǎo)致表面開裂，電解液滲入，在顆粒內(nèi)部消耗Li+，生成新的SEI膜，導(dǎo)致循環(huán)壽命相對較差，只有500次左右。

隨著鋰離子電池市場的不斷發(fā)展，不論是在消費(fèi)類領(lǐng)域，還是動(dòng)力電池領(lǐng)域，都需要負(fù)極材料具有更高的能量密度，更加優(yōu)異的循環(huán)性能，更低的成本。人造石墨循環(huán)性能優(yōu)異，但其比容量提升較為困難，且因原材料價(jià)格及制造工藝導(dǎo)致材料成本居高不下。因此，人們將目光轉(zhuǎn)向了天然石墨，嘗試對天然石墨進(jìn)行改性，以提高其循環(huán)性能。目前，對天然石墨主要的改性方法有表面包覆（碳包覆、無機(jī)物包覆、聚合物包覆）以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（多孔石墨、擴(kuò)層石墨）。此外，復(fù)合改性是一種常見的優(yōu)化材料性能的方法，可以將兩種不同材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，然而簡單的機(jī)械混合可能導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，影響性能。將天然石墨與人造石墨進(jìn)行復(fù)合改性，有望在保留人造石墨優(yōu)異性能的同時(shí)，降低人造石墨的使用比例，從而實(shí)現(xiàn)能耗與成本的雙重降低，為負(fù)極材料的性能升級與成本控制提供新路徑。

為深入探討行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵議題，2026年3月11日，中國粉體網(wǎng)將在河南鄭州舉辦“2026全國高純石墨產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展大會(huì)暨高端石墨制品產(chǎn)業(yè)交流會(huì)”。屆時(shí)，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院宋懷河教授將帶來題為《石墨材料在鋰離子電池中的應(yīng)用》的報(bào)告，深度解讀行業(yè)當(dāng)前面臨的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，并展望未來發(fā)展方向。

參考來源：

紀(jì)柯.鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展與展望

鄭磊.致密化天然石墨在鋰離子電池中的應(yīng)用研究

劉偲等.天然石墨/人造石墨復(fù)合鋰離子電池負(fù)極