阳极材料的表面改性

2025-03-26

目前，锂离子电池已显示出非常广泛的应用，而阳极材料是决定锂离子电池电化学性能（如储能和转换）的关键因素之一。通过对碳阳极材料的表面改性，可以有效提高锂离子电池的性能，如改善比容量、首次库仑效率、充放电效率、倍率性能、循环稳定性、安全性，延长使用寿命。表面改性的主要方法和机制包括表面涂层、化学处理和元素掺杂：

(1) 表面涂层：构建“保护膜”覆盖石墨表面，形成“核壳结构”，可以避免因溶剂化导致的石墨片剥离，并提高电极材料的循环稳定性。金属及其氧化物的涂层还可以降低锂离子转移和电荷迁移的阻抗，改善石墨材料的电化学性能。

(2) 化学处理：表面氧化引入含氧官能团，增加活性位点，在阳极材料与电解液的界面形成稳定的固体电解质界面（SEI）膜，并提高碳阳极的循环稳定性。表面卤化可以在材料表面形成具有高分子间作用力的钝化膜，从而改善微晶结构的稳定性。

(3) 元素掺杂：将金属或非金属元素掺入碳阳极材料中，以改变碳微晶的结构和电子排布，从而改善阳极材料中锂离子的去除和插入的电化学行为。

经过表面改性后，碳阳极材料的电化学性能可以得到大幅提升，但每种改性方法的实际操作和调控仍会影响最终的改性效果。例如，涂层厚度、化学处理的程度以及异原子掺杂剂量的均匀性、分布和扩散都会影响材料的最终性能。如果控制不好，锂离子电池的性能不会提升，反而会导致电化学性能下降。