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鋰離子電池負極材料的發(fā)展狀況

2022-10-27

鋰離子電池

目前，鋰離子電池中使用的負極材料一般為碳材料，如石墨、軟碳 (如焦炭等) 、硬碳等。正在探索的陽極材料包括氮化物，PAS，錫基氧化物，錫基氧化物，錫合金和納米負極材料。作為鋰離子電池的負極材料，要求具有以下基本性能：

(1) 鋰離子在負極基體中的插入氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的電位，從而使電池的輸出電壓高；

(2) 基體中大量的鋰可以可逆的插入和去插入，以獲得很高的容量密度；

(3) 氧化還原電位不會發(fā)生明顯變化，并且可以保持相對穩(wěn)定的充放電；

(4) 插入的化合物應具有更好的導電性和離子導電性，可減少極化并進行大電流充放電；

(5) 從實用角度來看，主要材料應價格便宜，對環(huán)境無污染；碳負極鋰離子電池在安全性和循環(huán)壽命方面表現(xiàn)出良好的性能，碳材料價格便宜且無毒。碳負極材料廣泛用于商用鋰離子電池。

近年來，隨著對碳材料研究的深入，發(fā)現(xiàn)通過對石墨和各種碳材料進行表面改性和結(jié)構(gòu)調(diào)整，比容量將由原來的理論值372 mAh/g大幅提高到700 mAh/g ~ 1000 mAh/g，而且鋰離子電池的比能量會大大提高。

目前，鋰離子電池負極材料的研發(fā)主要有: 石墨、石油焦、碳纖維、熱解碳、中間相瀝青基碳微球 (MCMB) 、炭黑、玻璃碳等，其中石墨和石油焦具應用價值。一般來說，根據(jù)石墨化程度，碳陽極材料可分為石墨、軟碳和硬碳。石墨材料具有良好的導電性和高結(jié)晶度。它具有良好的分層結(jié)構(gòu)。充放電容量可達300 mAh/g以上，充放電效率在90% 以上。它可以與提供鋰源的陰極材料一起使用。鋰、鋰鎳酸等匹配，組成電池的平均輸出電壓高。是目前應用廣泛的鋰離子電池負極材料。軟碳材料易于石墨化碳材料材料是指在2500 ℃ 以上的高溫下通過石墨化轉(zhuǎn)化的無定形碳。軟碳石墨化程度低，與電解質(zhì)相容性好。常見的軟碳有石油焦、針狀焦、碳纖維、碳微球等。硬碳材料是指難以石墨化的碳材料，是由具有大鋰容量 (500 ~ 1000 mah/g) 的高分子聚合物熱分解形成的。這種類型的碳也難以在高于2500 °C的高溫下石墨化。

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