負(fù)極材料作為新能源汽車動(dòng)力電池的核心材料之一，對(duì)新能源汽車的最終性能起著至關(guān)重要的作用。高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池最為活躍的板塊之一。本文對(duì)石墨烯、鈦酸鋰、硅碳負(fù)極材料等各種負(fù)極材料特性以及未來(lái)展望做了介紹。

當(dāng)前世界各國(guó)都在積極開發(fā)新能源產(chǎn)業(yè)，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)也是其中之一。由于鋰離子電池具有高容量、高電壓平臺(tái)、安全性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色無(wú)污染等重要優(yōu)點(diǎn)，使其在便攜式電子3C設(shè)備、純電動(dòng)汽車、船舶、空間技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、物流、國(guó)防軍工等多方面得到了廣泛應(yīng)用，成為近10年及未來(lái)一段時(shí)間廣為關(guān)注的新能源領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。目前大力發(fā)展新能源汽車行業(yè)已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，我國(guó)已提出了電動(dòng)車發(fā)展方向、主要任務(wù)、戰(zhàn)略目標(biāo)及相關(guān)配套政策措施，新能源汽車行業(yè)發(fā)展正面臨巨大的歷史機(jī)遇;因而鋰離子電池中不可缺失的負(fù)極材料，同樣擁有不可估量的光明前景。負(fù)極材料作為新能源汽車動(dòng)力電池的核心材料之一，對(duì)新能源汽車的最終性能起著至關(guān)重要的作用。動(dòng)力鋰離子電池的性能優(yōu)化需要依托于負(fù)極材料技術(shù)的創(chuàng)新突破，因此高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池最為活躍的板塊之一。本文從鋰離子電池工作原理、負(fù)極材料分類及發(fā)展、未來(lái)展望等3個(gè)方面介紹。

一、鋰離子電池

鋰離子電池是一種可充電二次電池，主要由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和集流體等主要5部分組成。正負(fù)極材料主要功能是使鋰離子較自由的脫出/嵌入，從而實(shí)現(xiàn)充放電功能。鋰離子電池工作原理如下圖1所示,充電過(guò)程中，鋰離子從正極材料中脫出，經(jīng)過(guò)電解液嵌入到對(duì)應(yīng)的負(fù)極材料中，同時(shí)電子從正極流出經(jīng)過(guò)外電路流向負(fù)極;鋰電池放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫出，經(jīng)過(guò)電解液重新嵌入到正極材料中，同時(shí)電子經(jīng)過(guò)外電路從負(fù)極流向正極。因而鋰電池的充放電過(guò)程本質(zhì)就是鋰離子在正負(fù)極之間的脫鋰和嵌鋰的過(guò)程。在理想狀態(tài)下，認(rèn)為在正負(fù)極材料之間的脫鋰和嵌鋰過(guò)程不會(huì)引起正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)的損壞，可以視作是充放電過(guò)程可逆。    磷酸鐵鋰由于安全性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，原材料資源豐富，不造成環(huán)境污染而在中國(guó)得到了以BYD為首的眾多動(dòng)力電池廠家的追捧。我國(guó)磷酸鐵鋰技術(shù)路線的成功是國(guó)外主流動(dòng)力電池廠家始料未及的。

磷酸鐵鋰優(yōu)點(diǎn)有很多，但缺點(diǎn)也很明顯，除了低溫下循環(huán)性能極差以外，最主要的缺陷是其導(dǎo)電率和振實(shí)密度低，其能量密度只有120-150wh/kg。2016年底國(guó)家出臺(tái)按能量密度進(jìn)行動(dòng)力電池的補(bǔ)貼，這可能會(huì)阻礙磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的發(fā)展，但磷酸鐵鋰在電動(dòng)大巴上的使用具有不可替代性，未來(lái)市場(chǎng)空間依舊廣闊。

目前采用磷酸鐵鋰的電池廠家有比亞迪、北大先行、深圳沃特碼、合肥國(guó)軒等。未來(lái)磷酸鐵鋰會(huì)朝著提高能量密度的方向發(fā)展，可以考慮采用石墨烯、碳納米管等添加劑來(lái)提高倍率容量，或者采用磷酸錳鐵鋰提高電壓，進(jìn)而提高15-20%的能量密度