2.2.2 石墨化中间相碳微球

沥青类化合物热处理时（400～500℃），发生热缩聚反应生成具有各向异性的中间相小球体，把中间相小球从沥青母体中分离出来形成的微米级球形碳材料就成为中间相碳微球（MesoCarbon MicroBead，MCMB）（形成过程见图1-2-2）。

MCMB的电化学性能与其热处理的温度密切相关。在700℃时处理得到的MCMB具有高达600～750mA·h/g的比容量。是因为在该温度下的碳材料具有许多纳米级的微孔，充电过程中，锂离子在嵌入碳层中间的同时也会嵌入到这些微孔中。但是这种情况下较大的碳表面可能会形成更多的SEI膜，消耗电解液，导致电池不可逆容量增加。当处理温度升高时，碳材料中的微孔减少，储锂机制以嵌入碳层为主，导致比容量降低，在1500℃下处理的碳材料比容量最低。之后碳材料的储锂性能主要由储锂的石墨化程度决定，当处理温度在2000℃以上时，碳材料的比容量开始上升[2]。

图1-2-1 锂嵌入石墨的电位以及对应的不同阶的嵌入化合物

图1-2-2 中间相碳微球形成过程

目前在锂离子电池中广泛使用的MCMB热处理温度在2800～3200℃，粒径在8～20μm，表面光滑，堆积密度为1.2～1.4g/cm3，材料可逆容量达到300～320mA·h/g，首周充放电效率为90%～93%。但是它存在的主要问题是比容量较低，一般在280～320mA·h/g之间，电极电位过低（0～0.25V），大电流充放电易形成锂枝晶沉积在电极表面，刺破隔膜，造成电池短路引起安全问题。并且处理温度过高，加工困难，制备成本较高，市场竞争受到严峻挑战。