锂离子电池快充石墨负极材料的研究进展及评价方法

孙方静，韦连梅，张家玮，喻宁波，吴敏昌，乔永民，王利军，张 洁



锂离子电池快充石墨负极材料的研究进展及评价方法

孙方静1，韦连梅1，张家玮1，喻宁波2，吴敏昌2，乔永民2，王利军1，张 洁2

（1上海第二工业大学环境与材料工程学院，上海 201209；2上海杉杉科技有限公司，上海 201209）

近几年，随着人们对纯电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）的需求日益见长，对高功率和高能量密度锂离子电池（LIB）的要求也越来越高。石墨是LIB最常用的负极材料，具有高能量密度、低电压、良好的电导率、资源丰富和价格低廉等优点。然而，在大电流充电时，石墨材料存在充电容量低且表面容易析锂等缺点，导致锂离子电池有效容量偏低及严重的安全问题。本文综述了快充石墨材料的研究进展，提出了几种评价材料快速充电性能的方法，为快充锂离子电池的开发提供理论指导。

锂离子电池；石墨材料；快速充电；评价方法

锂离子电池（LIB）因其高能量密度、自放电能力小及充电效率高等优点而被广泛用于小型电气设备，如移动电话和笔记本电脑[1]，未来锂离子电池有望应用到电动汽车行业中。然而，当前锂离子电池较长的充电时间和较低的能量密度使其无法完全满足电动汽车的需求。因此，人们迫切地希望进一步提高锂离子电池的功率特性和能量密度[2]。

锂离子电池中（图1），锂离子的扩散过程包括：①Li+在正极材料的扩散；②Li+从正极材料中脱出；③Li+在电解液中传递；④Li+穿过负极表面SEI膜；⑤Li+在负极材料中的扩散。每个过程Li+的扩散速率都会影响锂离子电池的快充性能，其中负极材料的影响尤为明显。

图1 锂离子电池的工作原理示意图

石墨是最常用的锂离子电池负极材料，具有高容量、价格低廉、低电压平台等优点[3]。石墨具有二维层状结构，层间距离0.335 nm，嵌锂形成嵌锂化合物，理论比容量达到370 ｍA·h/g[4-5]。石墨材料层状结构决定了锂离子必须从材料的端面嵌入，并逐渐扩散至颗粒内部，导致扩散路径较长，而较小的层间距使得锂离子的扩散速率较低，倍率性能较差[6-9]。此外，快速充电时，锂离子易于在石墨表面沉积形成锂枝晶，导致严重的安全隐患[10]。BUQA等[11]认为石墨可用作快速放电（脱锂）的电极材料，但是不建议用于快速充电（嵌锂）的电极材料。

近年来，如何实现石墨材料的快充性能是研究的热点之一[12-13]。通常来讲，电极中石墨材料的取向应尽可能垂直于集流体，这样有利于减小锂离子嵌入的阻力，提高倍率充电性能。而在粒径方面，一般认为小粒径石墨（约6 μm）具有比大粒径（约44 μm）材料更好的倍率充电性能。材料的比表面积与快充能力有着密切的联系，但是比表面积越大，材料的不可逆容量往往也越大。另外，压实密度也是重要的参考指标，合适的压实密度能够减小内阻和极化，有利于锂离子的嵌入和脱出，兼顾容量和倍率性能。表1给出了三款商业快充石墨材料的物理指标。

表1 商业快充石墨的结构信息

本文综述了快充石墨材料的最新研究成果，主要包括材料的孔隙结构、表面修饰和元素掺杂等方面的影响，同时总结了几种评价石墨材料快充性能的方法，并展望了石墨材料未来的发展方向。

1 快充石墨材料的研究进展

为了提高石墨材料的快充性能，科研工作者们尝试了多种方法，如增加锂离子嵌入通道，石墨表面官能团化，表面包覆软硬碳及元素掺杂等[14-18]。下文将分类介绍快充石墨材料的研究进展。

1.1 孔隙结构

在石墨材料表面刻蚀孔隙，增加锂离子扩散通道，可以有效提高材料的倍率充电性能。CHENG等[16]采用强碱（KOH）在石墨表面刻蚀产生纳米孔隙，作为锂离子的入口，随后又高温退火。如图2(a)所示，锂离子不仅可以从石墨端面进入，也可以从基面嵌入，缩短了迁移路径。但是，高温退火导致了单晶结构的破坏，退火后的很多孔隙坍塌而不能作为Li+扩散孔道。而 SHIM等[18]比较了原始石墨、KOH刻蚀-退火石墨及80℃温和条件下KOH刻蚀石墨等几种电极材料的比容量保持率。如图2(b)所示，温和条件下刻蚀石墨的比容量保持率最好，而刻蚀-退火次之，产生这种情况的原因是高温退火，破坏晶体的结构。

（a）

（b）

图2 （a）Li+在KOH刻蚀石墨中扩散的过程；（b）原始石墨、刻蚀-退火石墨及刻蚀石墨的倍率性能

Fig.2 (a) Process of Li+diffusion in KOH etching graphite; (b) rate capability of original graphite、etching-annealing graphite and etched graphite

LIM等[14]利用中间相沥青制备出泡沫石墨，这种石墨具有优异的倍率性能，如图3所示，30 C放电比容量的保持率在92%左右，50次循环后，比容量的保持率仍能达到90.12%。这可能是泡沫石墨具有大量的孔隙，增加了锂离子扩散的通道，层间距也比原始石墨稍大，扩散距离减小等原因所致。

图3 泡沫石墨的在不同倍率下的比容量的保持率(0.2～30 C)

1.2 表面氧化

表面氧化主要是利用氧化剂处理石墨，得到表面含O、H、N等元素的官能化石墨或者是得到微扩层石墨，从而改变石墨的边缘形态和增大层间 距[19]。EIN-ELI等[20]利用HNO3、含硫化合物对石墨进行化学氧化的方法获得表面官能团化石墨。从表2中可以看出，氧化石墨的比表面积没有产生很大的变化，而且氧化后石墨边缘氧和氢的含量明显增加。

表2 比表面积和元素组成含量

1ppm=1×10-6

HE等[21]利用过氧化氢氧化得到微扩层球形石墨，如图4所示，微扩层石墨2 C放电比容量的保持率是0.1 C的96.9%，而原始石墨2 C放电比容量的保持率是0.1 C的94.5%。微扩层石墨的层间距（0.336 nm）相比于球形石墨（0.335 nm）略微增大，有利于锂离子的扩散，使其大电流性能比较好。

ZHAO等[22]利用硫酸（98%）-双氧水（30%）（1∶1比例）氧化得到微膨胀石墨，与原始石墨相比，层间距增大，有利于锂离子扩散，且大倍率放电容量也略高于原始石墨。LEGGESSE等[23]通过氧化在石墨表面引入氢原子、氧原子、羟基等改变石墨边缘形态，扩大石墨层间距离，此结果显示含氧石墨的锂离子扩散速率比含氢、含羟基的大。原因是锂离子的扩散途径受到相邻氢原子或羟基之间氢键的空间位阻的影响，阻碍了Li+扩散，而含氧石墨材料中，边缘氧原子可以通过降低边缘平面的反应性，形成稳定的SEI膜，促进Li+快速扩散。

1.3 表面包覆

石墨电极材料因层间距离小，不利于锂离子扩散，软硬碳的层间距离比石墨稍大，故很多研究者通过在石墨表层包覆一层无定形碳或者其它碳材料改善石墨电化学性能[24-26]。

JIAN等[27]比较了天然石墨、微氧化石墨及热解碳包覆微氧化石墨复合材料的电化学交流阻抗。对比发现，热解碳包覆微氧化石墨复合材料的cf、ct明显减少，这有利于降低材料极化，提高石墨负极材料的高倍率充放电性能。HAN等[28]利用煤焦油沥青前驱体制备了表面包覆石墨，性能见表3，可以看出包覆石墨比原始石墨的放电比容量保持率明显提高，最好的达到83%。

表3 不同的包覆石墨和原始石墨在不同倍率下的放电 比容量

LIU等[29]比较了人造石墨、沥青包覆石墨及改质沥青包覆石墨电化学交流阻抗。结果显示，改质沥青碳包覆后扩散迁移阻抗和电荷传递阻抗下降最为明显，电极阻抗的减小，提高了锂离子扩散速率。WU等[30]利用沥青包覆天然鳞片石墨，通过分析不同倍率下的可逆比容量，发现沥青包覆的石墨材料可逆容量比原始石墨分别高出了6.2 mA·h/g、20.9 mA·h/g、31.6 mA·h/g、42.1 mA·h/g、52.4 mA·h/g、58.0 mA·h/g和80.0 mA·h/g，沥青包覆有效地提高了石墨在大倍率充放电条件下的可逆容量，有利于锂离子的快充性能。

1.4 元素掺杂

目前研究者们对非金属元素掺杂的研究比较活跃，如N、P、B和S等。这些元素掺杂到石墨中可以改变石墨的电子状态，使其更容易得电子，进一步增加锂离子的嵌入量。LIU等[31]通过石墨中掺杂B元素，获得高度石墨化的复合材料，对倍率性能有一定的改善。MIN-SIK等[32]通过热分解H3PO4和H3BO3，将P和B成功地掺杂到石墨表面，并与之形成化学键。由于P和B的插入，有效地提高了单一石墨的循环稳定性和速率能力，如图5(a)所示，掺B石墨的循环稳定性最好，掺P的次之，都比单一石墨的比容量的保持率高。图5(b)中，也可很清楚地看出掺B的倍率性能也是最好的。比较电荷迁移阻抗和电荷传递阻抗值的大小可以得知掺B石墨电极锂离子扩散最快，因为HBO-NG的ct只有13.7Ω，相比于HPO-NG和原始石墨小很多，而cf含P、B石墨的值都比单一石墨的低。综合分析含B石墨的更有利于Li+扩散。

（b）

2 评价石墨材料快充性能的方法

锂离子扩散速率是评价材料是否具有快充性能的重要指标。测定锂离子在石墨材料中扩散系数的方法有很多[33-42]，如电化学交流阻抗法（EIS）、恒电位间歇滴定法（PITT）和恒电流间歇滴定法（GITT）等方法。

2.1 电化学交流阻抗（EIS）

EIS被认为是评价电极材料锂离子嵌入/脱出动力学性能的首选工具[39-40]。人们常常结合等效电路模型来分析交流阻抗图谱，详细了解锂离子在嵌入过程各步骤的动力学特征。其中，锂离子在材料表面发生电化学反应的难易程度及锂离子在石墨材料内部扩散的速率会直接影响石墨材料的快充性 能[41-42]。图6是包覆和未包覆石墨的阻抗图及其等效电路。SEI部分半圆的直径小，说明锂离子穿过SEI膜的阻抗小，活化能低；ct半圆直径越小，说明锂离子在电极表面电化学反应的阻抗越小；而斜线部分可以计算出锂离子在材料内部的扩散速率[43]。

（b）

2.2 恒电位间歇滴定法（PITT）

PITT测试是一种比较精准的测量嵌入过程Li+的扩散系数的方法，根据TANG等[44]推导的公式计算可得其扩散系数，见式(1)

图7 响应电流i与关系图

Fig.7 The plot of i and

2.3 恒电流间歇滴定法（GITT）

恒电流间接滴定法是计算锂离子在石墨层中扩散系数的一种很直观的方法，其计算公式见式(2)

在GITT测试中，选择合适的松弛时间、滴定电流和滴定时间非常重要[44]。LIM等[15]采用GITT测试，计算出泡沫石墨的锂离子扩散系数在3.2×10-12～2.0×10-9cm2/s，比传统石墨负极材料高很多。图8给出了泡沫石墨在不同嵌锂态下的锂离子扩散系数。

图8 不同状态下的OCV和扩散系数

3 结 语

石墨储量丰富，价格低廉，具有较高的能量密度，在未来一段时期内仍将是主要的锂离子电池负极材料。但随着人们对高功率和高能量密度的锂离子电池的需求越来越迫切，传统石墨负极材料也面临着巨大的挑战，如快充和高能量密度等。

本文着重介绍了快充石墨的最新研究成果及评价方法。针对石墨本身的层间距小，Li+扩散阻力大的缺点，研究者采用碱刻蚀增加锂离子嵌入通道，石墨表面官能团化，表面包覆软硬碳及元素掺杂等方法，大幅度提高了材料的快充性能。此外，为了评价材料的快充性能，本文总结了几种测量锂离子扩散系数的方法。这几种方法各有优缺点，在实际使用时应扬长避短，得到稳定可靠的结果。

未来，开发具有快充能力的锂离子电池势在必行，而快充石墨材料的研发是关键。需要注意的是，提高材料快充性能不能以牺牲其它性能为代价，如循环稳定性和加工性能等。因此，应根据具体应用领域，选择合适工艺，平衡各项性能指标，开发适合的快充石墨材料。新型快充石墨材料的开发将锂电负极材料锦上添花，为社会带来更为可观的经济效益和环境效益。它的广泛应用必将进一步推动锂离子电池在电动汽车、无人机以及储能设备等领域的应用。

[1] ANDRZE J P, NOWA K, BEATA W, et al. Determination of chemical diffusion coefficient of lithium-ion in ceramics derived from pyrolysed poly(1,2-dimethylsilazane) and starch[J]. Procedia Engineering, 2014, 98: 8 -13.

[2] YAMAGATA M, NISHIGAKI N, NISHISHITA S, et al. Charge-discharge behavior of graphite negative electrodes in bis (fluorosulfonyl)imide-based ionic liquid and structural aspects of their electrode/electrolyte interfaces[J]. Electrochimica Acta, 2013, 110(1): 181-190.

[3] SUN Y, JIN S, YANG G, et al. Germanium nanowires-in-graphite tubes viaself-catalyzed synergetic confined growth and shell-splitting enhanced Li-storage performance[J]. Acs Nano, 2015 (9): 3479-3490.

[4] 陆浩, 刘柏男, 褚赓, 等. 锂离子电池负极材料产业化技术进展[J]. 储能科学与技术, 2016, 5(2): 109-119.

LU H, LIU B N, CHU G, et al. Development of industrial technology for anode materials of lithium-ion batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, 2016, 5(2): 109-119.

[5] 乐毅诚, 石磊, 吴飞. 锂离子石墨负极材料的研究进展[J]. 船电技术, 2011, 31(6): 10-13.

LE Y C, SHI L, WU F. Research progress of lithium-ion graphite anode materials[J]. Marine Electric & Electronic Engineering, 2011, 31(6): 10-13.

[6] 孙学亮, 秦秀娟, 卜立敏, 等. 锂离子电池碳负极材料研究进展[J]. 有色金属, 2011, 63(2): 147-151.

SUN X L, QIN X J, BU L M, et al. Research progress of carbon anode materials for lithium-ion batteries[J]. Nonferrous Metals, 2011, 63(2): 147-151.

[7] NIE M, CHALASANI D, ABRAHAM D P, et al. Lithium ion battery graphite solid electrolyte interphase revealed by microscopy and spectroscopy[J]. Phys. Chem. C, 2013, 117: 1257-1267.

[8] 李红菊. 锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.

LI H J . Research on the rate capacity of spherical graphite anode materials for lithium-ion batteries[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2014.

[9] 路密, 尹鸽平, 史鹏飞. 锂离子电池负极石墨材料的修饰与改性[J]. 电池, 2001, 31: 195-197.

LU M, YIN G P, SHI P F. Modification and modification of graphite anode materials for lithium-ion batteries[J]. Battery Bimonthly, 2001, 31: 195-197.

[10] TARA SCON M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries[J]. Nature, 2001, 414: 359-367.

[11] BUQA H D, GOERS M, HOLZAPFEL M E, et al. High rate capability of graphite negative electrodes for lithium-ion batteries[J]. Electrochem. Soc., 2005, 152(2): A474-A481.

[12] HIE H M, YAN X D, YU H Y, et al. A new tin graphite intercalation compound for lithium-ion batteries[J]. Chinese Universities, 2006, 22(5): 639-642.

[13] 尹红, 周丹, 丛丽娜, 等. MoO2/C共包覆Si/石墨复合锂离子电池负极材料的研究[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(10): 1990-1994.

YIN H, ZHOU D, CONG L N, et al. Study on MoO2/C Co-doped Si/graphite composite lithium-ion battery anode material[J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 2015, 36(10): 1990-1994.

[14] LIM S H, KIM J H, YAMAD Y, et al. Improvement of rate capability by graphite foam anode for Li secondary batteries[J]. Journal of Power Sources, 2017, 355(1): 164-170.

[15] YANG N H, WU Y S, CHOU J, et al. Silicon oxide-on-graphite planar composite synthesized using a microwave-assisted coating method for use as a fast-charging lithiumion battery anode[J]. Journal of Power Sources, 2015, 296(20): 314-317.

[16] CHENG Q R, YUGE K, NAKAHARA N, et al. KOH etched graphite for fast chargeable lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2015, 284(15): 258-263.

[17] 王永志, 郭钰静. 酚醛树脂包覆和预成膜共改性石墨作为锂离子电池负极材料的研究[J]. 金属功能材料, 2013, 20(6): 1-4.

WANG Y Z, GUO Y J. Study on co-modified graphite with phenolic resin coated and preformed films as cathode materials for lithium-ion batteries[J]. Metal Functional Materials, 2013, 20(6): 1-4.

[18] SHIM J H, LEE S. Characterization of graphite etched with potassium hydroxide and its application in fast-rechargeable lithium ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2016, 324(30): 475-483.

[19] 张田丽, 王春梅, 宋子会. 锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展[J]. 现代技术陶瓷, 2014, 5(1): 5-10.

ZHANG T L, WANG C M, SONG Z H. Research progress of modification of graphite cathode materials for lithium-ion batteries[J]. Modern Technology Ceramics, 2014, 5(1): 5-10.

[20] EIN-ELI Y, KOCH R.Chemical oxidation: A route to enhanced capacity in Li-ion graphite anodes[J]. Journal of Power Sources, 1999, (81/82): 373-377.

[21] 何月德, 简志敏, 刘洪波, 等. 微扩层鳞片石墨负极材料的制备及电化学性能研究[J]. 无机化学学报, 2013, 28(9): 931-936.

HE Y D, JIAN Z M, LIU H B, et al. Preparation and electrochemical performance of micro-expanded flake graphite anode materials[J]. Journal of Inorganic Chemistry, 2013, 28(9): 931-936.

[22] 赵琢, 贾晓川, 李晶, 等. 天然石墨负极的氧化改性[J]. 新型炭材料, 2013, 28(5): 385-390.

ZHAO Z, JIA X C, LI J, et al. Oxidative odification of natural graphite negative electrode[J]. New Carbon Material, 2013, 28(5): 385-390.

[23] LEGGESSE E G, CHEN C L, JIANG J C. Lithium diffusion in graphene and graphite: Effect of edge morphology[J]. Carbon, 2016, 103: 209-216.

[24] 张翠, 王成扬, 陈明鸣. 磺化沥青包覆石墨用作锂离子电池负极材料[J]. 电源技术, 2015, 139(5): 889-924.

ZHANG C, WANG C Y, CHEN M M. Sulfonated asphalt coated graphite is used as anode material for lithium ion battery[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2015, 139(5): 889-924.

[25] 王茜, 柯昌美, 崔正威, 等. 沥青炭涂覆天然石墨用作锂离子电池负极材料的研究[J]. 炭素技术, 2014, 33(6): 5-19.

WANG Q, KE C M, CUI Z W, et al. Study on asphalt carbon coated natural graphite used as cathode material for lithium-ion batteries[J]. Carbon Tech., 2014, 33 (6): 5-19.

[26] 杨绍斌, 费晓飞, 綦瑞萍, 等.石油沥青包覆对石墨负极电化学性能的影响[J]. 电源技术, 2008, 32(11): 745-747.

YANG S B, FEI X F, QI R P, et al.Effect of aetroleum asphalt coating on electrochemical properties of graphite negative electrode[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2008, 32(11): 745-747.

[27] JIAN Z M, LIU H B, KUANG J C, et al. Natural flake graphite modified by mild oxidation and carbon coating treatment as anode material for lithium ion batteries[J]. Procedia Engineering, 2012, 27: 55-62.

[28] HAN Y J , KIM J , YEO J S. Coating of graphite anode with coal tar pitch as an effective precursor for enhancing the rate performance in Li-ion batteries: Effects of composition and softening points of coal tar pitch[J]. Carbon, 2015, 94: 432-438.

[29] 刘洪波, 李富营, 何月德, 等. 真空-液相法制备沥青炭包覆人造石墨负极材料的研究[J]. 湖南大学学报, 2016, 43(6): 70-75.

LIU H B, LI F Y, HE Y D, et al. Study on preparation of bituminous carbon-coated artificial graphite anode material by vacuum-liquid phase method[J]. Journal of Hunan University, 2016, 43(6):70-75.

[30] 吴其修, 李佳坤, 刘明东, 等. 改性天然鳞片石墨锂离子电池负极材料的研究[J]. 2014, 42(17): 76-77.

WU X Q, LI J K, LIU M D, et al. Study on negative material of modified natural flake graphite lithium-ion battery[J]. 2014, 42(17): 76-77.

[31] LIU T, LUO R Y, YOON S H. Anode performance of boron-doped graphites prepared from shot and sponge cokes[J]. Journal of Power Sources, 2010, 195(6): 1714-1719.

[32] PARK M S, LEE J, LEE J W, et al. Tuning the surface chemistry of natural graphite anode by H3PO4and H3BO3treatments for improving electrochemical and thermal properties[J]. Carbon, 2013, 62: 278-287.

[33] 张万红，岳敏. 锂离子蓄电池碳负极材料的嵌锂动力学研究[J]. 电源技术, 2010, 134(5): 431-433.

ZHANG W H, YUE M. Study on lithium-based kinetics of carbon anode materials for lithium-ion batteries[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2010, 134(5): 431-433.

[34] TAKAMI N, SQATOH A, HARA M, et al. Structural and kinetic characterization of lithium intercalation into carbon anodes for secondary lithium batteries[J]. Electrochem. Soc., 1995, 142 (2): 371-379.

[35] 曲涛, 田彦文, 翟玉春. 采用 PITT 与 EIS 技术测定锂离子电池正极材料 LiFePO4中锂离子扩散系数[J]. 中国有色金属学报, 2007, 17(8): 1255-1259.

QU T, TIAN Y W, ZHAI Y C. Determination of lithium-ion diffusion coefficient in LiFePO4cathode materials for lithium-ion batteries by PITT and EIS[J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2007, 17(8): 1255-1259.

[36] 丁燕怀, 张平, 高德淑. 测定Li+扩散系数的几种电化学方法[J]. 电 源技术, 2007, 31(9): 741-744.

DING Y H, ZHANG P, GAO D S. Several electrochemical methods for determining Li+diffusion coefficient[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2007, 31(9): 741-744.

[37] 王先友, 朱启安, 张允什, 等. 锂离子扩散系数的测定方法[J]. 电源技术, 1999, 23(6): 335-338.

WANG X Y, ZHU Q A, ZHANG Y S, et al. Method for determination of diffusion coefficient of lithium-ion[J]. Chinese Journal of Power Sources, 1999, 23(6): 335-338.

[38] 杨旭, 郑少伟, 徐云龙, 等. 纳米Li4Ti5O12中锂离子扩散系数的测定和解析[J]. 电源技术, 2013, 137(10): 1736-1741.

YANG X, ZHNEG S W, XU Y L, et al. Measurement and analysis of lithium-ion diffusion coefficient in nano-Li4Ti5O12[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2013, 137(10): 1736-1741.

[39] 曹楚南, 张鉴清. 电化学阻抗谱导论[M]. 北京: 科学出版社, 2002.

CAO C N, ZHANG J Q.Introduction to electrochemical impedance spectroscopy[M]. Beijing:Science Press, 2002.

[40] BARSOUKOV E, MACDONALD J R. Impedance spectroscopy theory experiment and applications[J]. Second Edition. New Jersey: John Wiley ＆ Sons Inc. Hoboken, 2005.

[41] 史美伦. 交流阻抗谱原理与应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2001.

SHI M L. AC impedance spectroscopy principles and applications[M]. Beijing: National Defend Industry Press, 2001.

[42] ZHANG J J, HE P, XIA Y H, et al. Electrochemical kinetics study of Li-ion in Cu6Sn5electrode of lithium batteries by PITT and EIS[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2008, 624(1/2): 161-166.

[43] SHAJU K M, SUBBA G V, RAO B V, CHOWDARI R. EIS and GITT studies on oxide cathodes[J]. Electrochimica Acta, 2003, 48(18): 2691-2703.

[44] 唐致远, 薛建军, 刘春燕, 等. 锂离子在石墨负极材料中扩散系数的测定[J]. 物理化学学报, 2001,17(5): 385-388.

TANG Z Y, XIE J J, LIU C Y, et al. Determination of diffusion coefficient of lithium-ion in graphite cathode materials[J]. Journal of Physical Chemistry, 2001, 17(5): 385-388.

[45] MARKEVICH E, LEVI M D, AURBACH D. Comparison between potentiostatic and galvanostatic intermittent titration techniques for determination of chemical diffusion coefficients in ion-insertion electrodes[J]. Electroanal. Chem., 2005, 580(2): 231-237.

Research progress and evaluation methods of lithium-ion battery fast-charge graphite anode material

SUN Fangjing1, WEI Lianmei1, ZHANG Jiawei1, YU Ningbo2, WU Minchang2, QIAO Yongmin2, WANG Lijun1, ZHANG Jie2

(1School of Environmental and Materials Engineering, Shanghai Polytechnic University, Shanghai 201209, China;2Shanghai Shanshan Technology Co., Ltd., Shanghai 201209, China)

In recent years, with the growing demands of lithium-ion battery (LIB) in electric vehicles (EV) or hybrid electric vehicles (HEV), the technological requirement on the high capacity and power is becoming stronger. Graphite is the most commonly used anode material in LIB, because of its high energy density, low voltage, good electronic conductivity, abundant resource and low price. However, when the graphite anode is charging at high current, lithium plating and low capacity are common problems, resulting in a low reversible capacity of LIB and serious security issues. In this paper, the research progress of fast-charge graphite material is reviewed, and several methods are proposed to evaluate the fast-charge performance, which can provide theoretical guidance for the development of fast-charge lithium-ion battery.

lithium-ion battery; graphite material; fast-charge; evaluation method

10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0098

TM 911

A

2095-4239（2017）06-1223-08

2017-06-07；

2017-07-06。

浦东新区科技发展基金创新资金（PKJ2014-Z03），上海第二工业大学材料科学与工程重点学科（XXKZD1601），上海第二工业大学研究生项目基金（A01GY17F022），上海市青年科技英才扬帆计划资助（17YF1413500）。

孙方静（1992—），女，硕士研究生，研究方向为锂离子石墨负极材料快充性能，E-mail：s1262988164@yahoo.com；

王利军，教授，主要研究方向为纳米材料电化学与环境纳米材料制备，E-mail：ljwang@sspu.edu.cn；张洁，博士，工程师，主要研究方向为高容量锂离子电极材料及电解液的匹配，E-mail：zhang.jie@shanshantech.com。