锂离子电池负极材料研究方向和研究进展

来源：存能电气  日期：2019-09-03 08:58  浏览量：次

　　锂离子电池负极材料研究方向和研究进展。负极材料在锂离子电池中起着至关重要的作用，所以近年来对负极材料的研究成为热点。现有的大部分锂离子电池都不具有比容量高、充电效率高、循环寿命长的优点，实际容量远达不到理论容量，因此，技术上的革新是十分迫切的，开发新型性能优异的锂离子电池电极材料是研究者们当前需要重点努力的方向。

　　锂离子电池负极材料研究方向

　　负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，目前商业化锂离子电池采用的负极材料主要包括：①石墨类碳材料，分为天然石墨、人造石墨；②无序碳材料，包括硬碳和软碳；③钛酸锂材料；④硅基材料，主要分为碳包覆氧化亚硅复合材料、纳米硅碳复合材料、无定形硅合金。

　　随着经济的快速发展，科技日新月异，电子产品的普及达到史上之最。作为重要应用领域之一的电动汽车的发展带动了电池性能的提升，同时也对电池提出了更高的要求，包括能量密度的提升，循环寿命的延长等。目前针对负极材料的研究集中在新型碳材料、硅基材料、锡基材料及其氧化物负极材料。

　　新型碳材料是相对于传统碳材料而言，目前商业上普遍使用石墨这一传统碳材料作为锂离子电池负极材料，但是其理论容量较低，越来越不能满足锂离子电池的发展需求。新型碳材料如碳纳米管、石墨烯等，由于具有特殊的一维和二维柔性结构、优良的导热性和导电特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜力。

　　与其他锂电池负极材料相比，硅基负极材料具有非常高的比容量。但硅在充放电时的高膨胀率限制了其在负极材料中的应用，将硅和其他材料复合制备成的负极材料可在一定程度上克服该缺陷。

　　金属锡和锂可以发生合金化反应形成多种金属间化合物LixSn（x=0.4、1.0、2.33、2.5、2.6、3.5、4.4），是一种很有应用前景的锂离子电池负极材料。

　　锂离子电池负极材料研究进展

　　以针状石油焦为代表的优质石油焦具有低热膨胀系数、低空隙度、低硫、低灰分、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点，所以被视为优质的锂离子电池负极材料原料。

　　虽然硅基负极材料因其高比容量等优点被认为是具有广阔应用前景的下一代锂离子电池负极材料，然而其商业化应用之路并不顺利。在充放电过程中引起的巨大体积变化不仅使得材料结构发生改变，还带来了多种负面效应，引起电池的快速失效。

　　对硅基负极材料的改性研究主要集中在如何解决体积效应、维持SEI膜稳定和提高首次库伦效率三个方面。目前已报道的措施主要有：纳米结构硅及其维度设计、硅复合材料及其结构设计、新型粘结剂、新型电解液/电解液添加剂和预锂化等。

　　在电池成本中，负极材料约占了5%-15%,是锂离子电池的重要原材料之一。随着科技的不断提升，也不只有碳类负极材料这一种选择。锂金属负极、钛酸锂负极、合金负极等，这些材料的应用有的还不是很完善，但都是朝着锂离子电池高容量、高循环次数、高放电倍率发展。