www.188betkr.com 讯中间相炭微球（MCMB）是沥青等重质芳烃化合物热缩聚生成的具有向列液晶层状堆积结构的微米级球形碳材料。MCMB具有良好的锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势，是锂离子电池的理想负极材料之一。随着新能源汽车等产业的不断发展，国家锂离子电池负极材料市场需求增加，MCMB市场需求随之增长。MCMB行业整体盈利水平较高，吸引了一大批投资者入局，市场竞争也在逐步加剧。
图片来源：天津爱敏特电池材料有限公司
中间相炭微球负极材料的储锂模式
当MCMB应用于锂电负极材料时，主要存在两种储锂模式，即片层嵌锂和微孔储锂。
片层嵌锂模型认为，在充放电过程中，Li+会嵌入到MCMB内部碳层中，并与C原子形成LiC6化合物，即每个C六元环中可以嵌入一个Li+，但在某些碳层不规则的区域，可以不遵从LiC6原则而嵌入多个Li+。与石墨相比，MCMB具有相对低的结晶度，内部含有大量的不规则区域，因此作为锂电负极时，MCMB可以嵌入比石墨更多的Li+。
而微孔储锂模型认为，在充放电过程中，Li+不仅能够嵌入到碳层中还可以储存到MCMB内部的微孔中，微孔越多，储锂量越大，但这些微孔也会在一定程度上增加电极材料的不可逆比容量。随着热处理温度的升高，MCMB内部碳层有序化程度增加，微孔数减少，微孔储锂所占储锂容量比重逐渐减小，因此热处理温度也会对MCMB储锂机理产生重要影响。
一般而言，低温热处理MCMB内部碳层无序化程度较高，碳层间含有大量微孔，在片层嵌锂和微孔储锂的共同作用下进行锂离子储存，因此低温热处理MCMB往往表现出高的比容量和差的循环稳定性。而高温热处理MCMB有序化程度较高，内部碳层规则排列，碳层间缺陷较少，储锂机理以片层嵌锂为主微孔储锂为辅，因此高温热处理MCMB往往表现出好的循环稳定性和低的比容量。
中间相炭微球的“起与伏”
MCMB最早由Taylor于1961年研究煤焦化过程中发现，并随着中间相发展起来。1985年持田勋、山田（Yamada）和本田（Honda）发展了炭质中间相理论，为研究MCMB提供了理论基础。直到1992年，研究者才将MCMB作为负极材料应用于锂离子电池。
从MCMB发现至今近40年来，研究者对MCMB结构、形成机理、球晶分离技术、应用等领域进行了广泛研究，初步得出了MCMB的结构模型（“地球仪”型和“洋葱”型）、形成机理，并提出了几种生产MCMB的方法。MCMB已在诸如高密度高强度炭材料、高性能液相色谱柱填料、高比表面积活性炭、催化剂载体、阳离子交换剂及锂离子二次电池电极等领域得到了应用。
上世纪九十年代，锂电池刚刚起步时，负极材料以硬炭为主容量只有200mA·h/g左右，锂离子电池高比能量的优势并没有得到完美的体现，相比天然石墨，MCMB比表面积大，碳层边缘位置以及不规则的缺陷位置可以提供储锂空间，具有相对较高的比容量（接近300mA·h/g），成为了当时手机、数码类产品用锂电子电池的主要负极原材料。
进入二十一世纪，人造石墨和天然石墨以更高的容量和较低的成本逐渐代替了常规锂电池中的中间相炭微球产品，中间相炭微球制造商纷纷减产甚至停产。
2005年以后，锂电池在新能源行业的应用逐渐兴起，让业界再次将目光集中到了中间相炭微球上，MCMB具有较好的质量比容量，高安全，长循环的特点，而低成本的石墨具有高的质量比容量比MCMB的高，同时显示出较高的容量衰减率，这对要求长循环，高体积比能量的动力电池而言不太合适。且人造石墨和天然石墨活性较高，相对中间相炭微球产品化学副产品较多，热稳定性和化学稳定性均不及中间相炭微球产品，中间相炭微球再一次受到广泛关注。
然而，随着锂离子动力电池的快速发展，MCMB比容量较低以及成本较高是制约其发展的关键因素。为了避免单一材料的缺陷，获得比容量高、循环性能优良的负极材料，改性修饰MCMB以及制备其复合材料已成为目前重点研发方向。研究表明，通过微观结构设计，如碳结构、表界面以及复合材料等，可以显著提高MCMB的电化学性能。
改性中间相炭微球在负极材料的应用研究
曹宗杰等通过混酸将MCMB进行氧化处理采用了氢键自组装的方法将SiO2原位负载到中间相炭微球表面，制备出了一种新型无定形碳/二氧化硅/氧化中间相炭微球三层核壳结构的负极材料，不仅形成稳定的SEI膜同时有效的缓解了SiO2体积膨胀的缺点。此外该复合材料在第一次循环中可逆容量为459.5mA·h/g，首库伦效率为62.8%经过300次循环后，容量提升至600mA·h/g，电化学性能优异。
王建刚等以SnCl4和MCMB为原料，通过均相共沉淀法和400℃煅烧处理制备出SnO2/MCMB核壳型复合负极材料，SEM图显示出明显的核壳结构，而SnO2含量为50.0%，复合材料也表现出了较好的电化学性能，首次放电和充电容量分别为623.2mA·h/g和420.6mA·h/g，首次循环效率为67.5%。同时其在原料MCMB（酚醛树脂）和硅中加入中间相沥青，然后采用机械球磨的方法制备MCMB/Si复合负极材料，当MCMB、中间相沥青、Si的质量比为5:2:1时，制备的复合材料形貌最为理想，并且表现出很好的电化学性能，首次放电容量达到了754.9mA·h/g，而首次循环效率达到90.3%，经历了10次循环以后，比容量维持在600mA·h/g。
章雄峰等采用低温氧化法氧化处理石墨化中间相炭微球作原料，利用水热法还原氧化中间相炭微球制备层间微膨胀的还原氧化中间相炭微球；姜振康等利用氧等离子体对中间相炭微球进行表面活化处理后，石墨烯对中间相炭微球进行表面修饰；王益等采用水热法合成MoS2并包覆在中间相炭微球表面；周小雄以GeO2为锗源，采用液相还原法在MCMB表面原位包覆GeOx纳米颗粒制备出了GeOx/MCMB复合负极材料。
小结
MCMB应用于锂电负极时具有循环稳定、体积密度大和比表面积小等优点，但是也存在着一些缺陷，例如比容量相对较低、与电解液的相容性较差和倍率性能差等。因此为实现MCMB基锂离子电池的长足发展，需要对MCMB进行改性和修饰处理，以提升MCMB基负极材料的电化学性能。
参考来源：
杜俊涛等.中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展
赵圣雷.锂电负极材料中间相炭微球的应用研究进展
吕家贺.中间相炭微球基负极材料设计及储锂性能研究
（www.188betkr.com 编辑整理/苏简）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
