鋰離子電池負極材料研究方向和研究進展

來源：存能電氣  日期：2019-09-03 08:58  瀏覽量：次

　　鋰離子電池負極材料研究方向和研究進展。負極材料在鋰離子電池中起著至關重要的作用，所以近年來對負極材料的研究成為熱點。現有的大部分鋰離子電池都不具有比容量高、充電效率高、循環壽命長的優點，實際容量遠達不到理論容量，因此，技術上的革新是十分迫切的，開發新型性能優異的鋰離子電池電極材料是研究者們當前需要重點努力的方向。

　　鋰離子電池負極材料研究方向

　　負極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一，目前商業化鋰離子電池采用的負極材料主要包括：①石墨類碳材料，分為天然石墨、人造石墨；②無序碳材料，包括硬碳和軟碳；③鈦酸鋰材料；④硅基材料，主要分為碳包覆氧化亞硅復合材料、納米硅碳復合材料、無定形硅合金。

　　隨著經濟的快速發展，科技日新月異，電子產品的普及達到史上之最。作為重要應用領域之一的電動汽車的發展帶動了電池性能的提升，同時也對電池提出了更高的要求，包括能量密度的提升，循環壽命的延長等。目前針對負極材料的研究集中在新型碳材料、硅基材料、錫基材料及其氧化物負極材料。

　　新型碳材料是相對于傳統碳材料而言，目前商業上普遍使用石墨這一傳統碳材料作為鋰離子電池負極材料，但是其理論容量較低，越來越不能滿足鋰離子電池的發展需求。新型碳材料如碳納米管、石墨烯等，由于具有特殊的一維和二維柔性結構、優良的導熱性和導電特性，因此在鋰離子電池應用中具有巨大的潛力。

　　與其他鋰電池負極材料相比，硅基負極材料具有非常高的比容量。但硅在充放電時的高膨脹率限制了其在負極材料中的應用，將硅和其他材料復合制備成的負極材料可在一定程度上克服該缺陷。

　　金屬錫和鋰可以發生合金化反應形成多種金屬間化合物LixSn（x=0.4、1.0、2.33、2.5、2.6、3.5、4.4），是一種很有應用前景的鋰離子電池負極材料。

　　鋰離子電池負極材料研究進展

　　以針狀石油焦為代表的優質石油焦具有低熱膨脹系數、低空隙度、低硫、低灰分、低金屬含量、高導電率及易石墨化等一系列優點，所以被視為優質的鋰離子電池負極材料原料。

　　雖然硅基負極材料因其高比容量等優點被認為是具有廣闊應用前景的下一代鋰離子電池負極材料，然而其商業化應用之路并不順利。在充放電過程中引起的巨大體積變化不僅使得材料結構發生改變，還帶來了多種負面效應，引起電池的快速失效。

　　對硅基負極材料的改性研究主要集中在如何解決體積效應、維持SEI膜穩定和提高首次庫倫效率三個方面。目前已報道的措施主要有：納米結構硅及其維度設計、硅復合材料及其結構設計、新型粘結劑、新型電解液/電解液添加劑和預鋰化等。

　　在電池成本中，負極材料約占了5%-15%,是鋰離子電池的重要原材料之一。隨著科技的不斷提升，也不只有碳類負極材料這一種選擇。鋰金屬負極、鈦酸鋰負極、合金負極等，這些材料的應用有的還不是很完善，但都是朝著鋰離子電池高容量、高循環次數、高放電倍率發展。