鋰離子電池負極材料有哪些種類？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-04-08 11:20
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目前研究的鋰離子電池負極材料主要可分為以下3種：嵌入型負極材料、合金化型負極材料和轉(zhuǎn)化型負極材料。
嵌入型負極材料：
最典型的嵌入型負極材料是碳材料。根據(jù)材料石墨化程度的差別，碳材料通常可以分為軟碳、硬碳和石墨。常見的軟碳材料有石油焦、針狀焦、碳纖維及碳微球；硬碳在2500℃以上也難以石墨化。石墨放電容量為3500mA·h/g，具有層狀結(jié)構(gòu)，同一層的碳原子呈正六邊形排列，層與層之間靠范德華力結(jié)合。石墨層間可嵌入鋰離子形成鋰－石墨層間化合物（Li-GIC）。石墨類材料導電性好，結(jié)晶度高，有穩(wěn)定的充放電平臺，是目前商業(yè)化程度最高的鋰離子電池負極材料。除了石墨，其他的碳類材料的儲鋰機制也是如此。需要指出的是，硬碳材料具有比石墨更高的放電容量，這是因為，除了具有與石墨相同的嵌入機制，硬碳結(jié)構(gòu)上還存在一些微孔或缺陷可供Li+ 儲存和嵌脫。然而，由于循環(huán)效率偏低、電壓隨容量的變化大、缺少平穩(wěn)的放電平臺，硬碳作為負極材料，應(yīng)用一直受限制。
合金化型負極材料：
合金化儲鋰材料是指能和鋰發(fā)生合金化反應(yīng)的金屬及其合金、中間相化合物及復(fù)合物。據(jù)報道，常溫下鋰能與許多金屬反應(yīng)（如Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ等），其充放電的機理本質(zhì)為合金化及逆合金化的反應(yīng)。通常來說，合金化型負極材料的理論比容量及電荷密度均遠高于嵌入型負極材料。同時，這類材料的嵌鋰電位較高，在大電流充放電的情況下也很難發(fā)生鋰的沉積，不會產(chǎn)生鋰枝晶導致電池短路，對高功率器件有很重要的意義。
轉(zhuǎn)化型負極材料：
目前已報道的轉(zhuǎn)化類負極材料有數(shù)十種之多，主要指過渡金屬元素如Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｒｕ的氧化物、硫化物、氮化物、磷化物及氟化物。以前這類材料并不被看好，這類材料的空間結(jié)構(gòu)中沒有供鋰離子嵌入和脫出的位置，不符合傳統(tǒng)的鋰離子嵌脫機制，且在室溫下與鋰的反應(yīng)曾被認為是不可逆的。直至幾種過渡金屬氧化物被發(fā)現(xiàn)具有很高的可逆放電容量（3倍于石墨），此材料才逐漸引起研究者們的關(guān)注。
