锂离子电池负极用纤维状炭材料

楠 顶，黄正宏，康飞宇，沈万慈

(1.清华大学 材料科学与工程学院，北京 100084;2.清华大学 先进材料教育部重点实验室，北京 100084)

1 前言

炭材料是锂离子电池负极材料的主流［1，2］。为了继续提高锂离子电池的性能，各国都在研发性能更好的新型负极材料，其中纤维状炭材料得到了广泛的研究。早期因炭纤维成本和性能缺乏竞争力，一度制约了其在锂离子电池负极材料中的应用。随着纳米技术和改性技术的发展，一些新型的纤维状炭材料表现出良好的负极材料性能，尤其是近些年动力型锂离子电池对功率性能的贡献，使得这类材料的应用研究得到了重视。

纤维状炭材料相比较块体和粉体炭材料，作为锂离子电池负极，具有诸多优势。一是纤维状炭材料在制备过程中易直接成膜，形成自支撑结构，可直接用做电极，无需导电剂和黏结剂，既提高电极材料能量密度，也可简化电极制备工序。二是纤维状炭材料赋予电极材料大的比表面积，可有效地缩短锂离子传输距离，为电池充放电过程中离子反应提供更大的电解质/电极界面，提高电极材料功率。三是纤维状炭材料能够在材料内部形成三维导电网络，提高电极材料导电性，优化电极材料电化学性能。

纤维状炭材料具有多种形式:有石墨纤维、酚醛树脂炭纤维、聚丙烯腈(PAN)基炭纤维、中间相沥青基炭纤维、气相生长炭纤维及近来研发的电纺丝技术制备的纳米炭纤维和炭纳米管等。其中，从结构和电化学特点来看，炭纳米管不适合直接用作锂离子电池负极材料，可能更适合做电极的添加剂［3］。……