目前，可作为锂离子电池负极材料的种类有很多，但能够达到量产并成功商业化使用的主要还是石墨系的负极材料，具体包括天然石墨和人造石墨。石墨负极材料技术指标众多，主要包括粒度分布、比表面积、振实密度、压实密度、首次充放电比容量、首次效率、循环性能、倍率性能及膨胀等，各指标之间并不独立，往往是犹如相互交错的藤蔓，每个节点都相互连通，构建起一个不可分割的紧密整体。
01 粒径分布
在负极材料产品报告中我们常常看到D10、D50、D90等。以D50为例，一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径就是D50，它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。
石墨负极材料的粒度对其电化学性能的影响表现在负极材料粒度大小将直接影响材料的振实密度以及材料的比表面积。振实密度的大小将直接影响材料的体积能量密度。
在相同的体积填充份数情况下，材料的粒径越大，颗粒分布越宽，浆料的粘度就越小，越有利于提高固含量，减小涂布难度。另外，材料的粒度分布较宽时，体系中的小颗粒能够填充在大颗粒的空隙中，有助于增加极片的压实密度，提高电池的体积能量密度。在判断粒度分布宽度时我们可根据(D90-D10)/D50的值进行判断，比值越大，分布越宽，反之则窄。此外颗粒越小，倍率性能和循环寿命越好，但首次效率和压实密度越差，反之亦然。
负极材料的粒度主要是由其制备方法决定的，在GB/T 24533-2019中明确规定了石墨类负极材料等级，下图列出了不同类型石墨负极材料中粒度分布范围。
石墨负极材料标准密度要求
02 比表面积
比表面积的定义是指单位质量物料所具有的总面积。小颗粒、高比表面积的负极，锂离子迁移的通道更多、路径更短，倍率性能就比较好。但由于与电解液接触面积大，形成SEI膜的面积也大，首次效率也会变低。大颗粒则相反，优点是压实密度更大。石墨负极材料的比表面积小于3m2/g为宜。
03 振实密度
振实密度是依靠震动使得粉体呈现较为紧密的堆积形式下，所测得的单位容积的质量。它是衡量活性材料的一个重要指标，锂离子电池体积是有限的，若振实密度高，则单位体积的活性物质质量大，体积容量就高。
04 压实密度
主要针对极片，指负极活性物质和粘结剂等制成极片后，经过辊压后的密度，压实密度=面密度/(极片碾压后的厚度减去铜箔厚度)。压实密度与极片比容量、效率、内阻以及电池循环性能有密切关系。压实密度越高，单位体积内的活性物质越多，容量也就越大。
但同时孔隙也会减少，吸收电解液的性能变差，浸润性降低，内阻增加，锂离子嵌入和脱出困难，反而不利于容量的增加。
压实密度的影响因素：颗粒的大小、分布和形貌。
05 真密度
材料在绝对密实状态下（不包括内部空隙），单位体积内固体物质的重量。由于真密度是密实状态下测得，会高于振实密度。一般地，真密度＞压实密度＞振实密度，下图列出了石墨负极材料标准中的密度要求。
石墨负极材料标准密度要求
06 首次充放电比容量
石墨类负极材料半电池循环测试
负极材料性能优劣的一个重要指标就是其首次充放电效率，也称首次库伦效率。在充放电过程中，部分锂离子从正极脱出并嵌入负极后，无法重新回到正极参与充放电循环，导致首次库伦效率<100%。这部分锂离子无法回到正极的原因：（1）存在一部分不可逆嵌锂。（2）形成了负极表面的SEI膜，SEI膜是影响库伦效率的重要因素。由于SEI膜大多是在电极材料的表面形成，所以电极材料的比表面积直接影响SEI膜的形成面积，比表面积越大，与电解液接触面积也越大，形成SEI膜面积也越大。一般认为，形成稳定的SEI膜对电池的充放电是有利的，那种不稳定的SEI膜对反应是不利的，会不断消耗电解液，加厚SEI膜的厚度，增大内阻。
SEI膜形成机理图
电池循环性能是指电池容量下降到某一规定的值时，电池在某一充放电制度下所经历的充放电次数。在循环性能方面，SEI膜会对锂离子的扩散有一定的阻碍作用，随着循环次数的增加，SEI膜会不断脱落、剥离、沉积在负极表面，导致负极的内阻逐渐增加，带来热累积和容量损失。
Li+在石墨-电解液界面传递及嵌入石墨层间过程示意图
膨胀和循环寿命是正相关的关系，负极膨胀后，第一，会造成卷芯变形，负极颗粒形成微裂纹，SEI膜破裂重组，消耗电解液，循环性能变差；第二，会使隔膜受到挤压、尤其极耳直角边缘处对隔膜的挤压较严重，极易随着充放电循环的进行引起微短路或微金属锂析出。
就膨胀本身来说，石墨嵌锂过程中锂离子会嵌入石墨层间距里，导致层间距扩张、体积增大，这种膨胀部分是不可恢复的。膨胀的多少与负极的取向度有关，取向度=I004/I110，通过XRD数据可以计算出来。各向异性的石墨材料在嵌锂过程中倾向于往同一个方向（石墨晶体的C轴方向）发生晶格膨胀，因此将导致电池发生较大的体积膨胀。
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