负极
针状焦
碳纤维——广告位————正文开始——
摘要：沥青是原油蒸馏或煤炼焦加工过程中产生的较难处理的副产物，对其进行定向的、高效应用具有重要经济意义。目前沥青在锂离子电池负极材料领域已有相关的研究和应用，但其组成和结构复杂，基础性能与电化学性能的关联尚不明确导致应用受限。本文重点综述沥青基负极材料以及沥青作为改性负极在锂离子电池中的应用研究进展，并对沥青在新能源领域的专用开发与高效利用提供了新的研究思路和方法。
随着新能源产业的快速发展，高比能量、高电压，循环性能好，无记忆效应的锂离子电池（LIB）成为最具发展前景的电化学储能电源。现阶段，锂离子电池正极材料的组成和容量未发生太大变化，因此负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素。就目前来讲，现有的锂离子电池负极材料还存在着首次库伦效率低、与电解液相容性差、大电流充放电性能差等问题，将难以满足新能源领域的快速发展，因此探究电化学性能更优的新型负极以及对现有负极材料改性具有重要意义。
沥青作为原油蒸馏或煤炼焦加工过程中的副产物，是一类主要由多环碳化合物和多环芳烃组成的复杂混合物，具有来源广泛、成本低廉、残炭率高且易于石墨化等诸多优点，作为炭前驱体已被广泛研究应用于锂离子电池负极以及负极材料改性领域中。
本文从沥青基炭负极材料以及沥青包覆基改性负极材料两个角度，从制备过程、方法以及电化学性能等方面总结了沥青目前在锂离子电池负极材料中的应用研究进展。
1沥青基负极材料
被用作商业负极材料的石墨，由于理论容量有限也越来越无法满足负极材料不断增长的高容量需求。如果将沥青作为炭前驱体用于锂离子电池负极，不仅可以实现沥青的高附加值利用，而且能够为负极材料电化学性能的提升提供一些新的方法和探索。
LiP等以纳米氧化镁颗粒为模板，石油沥青为碳源，液相超声分散均匀后，在氮气保护下℃高温处理1h，通过酸洗去除模板制备出具有独特的空心结构的超薄多孔炭壳（PACS），制备过程如图1所示。PACS由于超薄的片层且分级多孔的结构，为离子传输提供了更多的活性位点，在1A·g-1的电流密度下经过次循环后，具有mAh·g-1的可逆容量和90％的容量保持率。
YuanM等使用低成本的煤焦油沥青为原材料，通过球化稳定法制备出沥青基炭微球（PCB），制备过程如图2所示。在制备过程中，通过引入空气中的氧气促进交联，避免了低软化点沥青在乳状液中的聚结，无需进行后处理以稳定其球形形态。当用作锂离子电池负极材料时,在电流密度为0.05A·g-1和5A·g-1下，PCB的克容量分别为.6mAh·g-1，.8mAh·g-1,体积容量分别为.1mAh·cm-3，.4mAh·cm-3。
LiuY等采用石油沥青为碳源，Fe2O3为模板，在酸洗除模板的过程中，回收滤液利用共沉淀法制备出纳米Fe3O4/石油沥青基炭（Fe3O4/PC）复合材料，实验制备过程如图3所示。将其作为锂离子电池的负极材料时，具有73％Fe3O4的Fe3O4/PC在mA·g-1下可提供mAh·g-1的可逆容量。
WangT等采用沥青作为炭前驱体，KOH活化后与石墨烯纳米带复合,并通过电化学沉积工艺将锂金属涂覆在炭复合材料表面，作为锂金属负极时，在1.3C下经过次循环后，库伦效率达到96%以上，当Li∶C为1∶1，电流密度为20mA/cm2时，面积容量为9.4mAh/cm2。
SongX等采用纳米层状MgO为模板，沥青作为炭前驱体，将其炭化后经活化、纯化后在℃下石墨化，得到了具有分层孔结构的活性炭（HPC），将其作为锂离子电容器的正极和负极，当电流密度为0.5A·g-1时，比电容为F·g-1，并经过次循环后，电容保持率达到91.3%。
基于沥青的炭材料作为负极可提高沥青的附加利用价值，但由于沥青组分复杂，沥青材料本身容量不高，若将其直接作为负极材料，需要对其进行微观结构设计，并且难以量产，同时成本过高。所以，在生产过程中通常将沥青作为改性材料，实现沥青的高附加值利用。
2沥青改性负极材料
表面包覆是目前工业上最常用的改性负极材料的方法之一，这种方法是通过固相、液相或气相炭化沉积在材料表面形成一层无定型碳，构筑出“核壳结构”。表面的“外壳结构”能够有效地约束和缓冲负极材料活性中心的体积膨胀或结构破坏，同时增加与电解液的相容性，维持电极材料的稳定。
2.1沥青包覆石墨
石墨作为锂离子电池负极材料目前还存在着许多问题，如在充放电过程中，锂离子的嵌入和脱出导致石墨易发生层状剥落和结构破坏，石墨与电解液相容性差，锂离子在石墨中的化学扩散系数小等。为了解决这些问题，需要对石墨进行改性，沥青作为改性石墨的一种常用碳源，一直受到了研究者们的广泛