鋰離子電池負極材料

鋰離子電池負極作為電子躍遷的受體、從種類來分目前主要使用天然石墨材料及人造石墨材料、焦炭、硬碳等，未來待量產(chǎn)開發(fā)的有諸如硅碳復(fù)合材料、石墨烯材料等。從機理來分主要有嵌入型負極材料、合金化型負極材料和轉(zhuǎn)化型負極材料?！′囯姵刎摌O材料關(guān)乎安全性風(fēng)險，在鋰離子電池負極材料中天然石墨和人造石墨占據(jù)著90%以上的負極材料市場份額; 中間相碳微球(MCMB)、無定形碳、硅或錫類僅占據(jù)小部分市場份額.

鋰離子電池對負極材料基本的特征為：

1、 嵌入電位低、盡量與鋰的氧化還原反應(yīng)電位接近

2、 單位重量內(nèi)盡可能高的儲能密度

3、 良好的嵌入嵌出速度、較小的擴散阻力

4、 較高的電子導(dǎo)電性

5、 與箔材較好的粘結(jié)性能、烘烤過程不易脫落

6、 親水性強(不需NMP)，具有較低的制備成本、漿料過程穩(wěn)定性高

嵌入型負極材料

最典型的嵌入型負極材料是碳材料。以石墨化程度的差別通?？梢苑譃檐浱?、硬碳和石墨。常見的軟碳材料有石油焦、針狀焦、碳纖維及碳微球等；硬碳，在2000℃以上也難以石墨化（對應(yīng)為硬度較高、孔隙率較高、具有較高放電容量）。石墨具有層狀結(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(dǎo)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（天然石墨、人工石墨）。

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。據(jù)報道，常溫下鋰能與許多金屬反應(yīng)（如Sn，Al，Ge， Mg，Ca， Ag，Au，Hg等）；充放電的化學(xué)本質(zhì)為合金化及逆合金化的反應(yīng)。合金化型負極材料的理論比容量及電荷密度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(dǎo)致電池短路，對高功率器件有很重要的意義。但考慮電池在長久使用后會產(chǎn)生不可逆的物流老化等現(xiàn)象及實際使用過程中電池包有受到擠壓等風(fēng)險、目前未大規(guī)模量產(chǎn)使用。

轉(zhuǎn)化型負極材料

轉(zhuǎn)化型負極材料其空間結(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。直至業(yè)界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，此材料才逐漸引起研究者們的關(guān)注。目前僅停留在實驗室狀態(tài)、還處于測試對比與分析論證階段；