鋰離子電池的負(fù)極材料介紹
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-27 20:06
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鋰電池主要負(fù)極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰電池負(fù)極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一。
1、碳納米管
碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時(shí)由于其脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時(shí)極化作用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。
然而，碳納米管直接作為鋰電池負(fù)極材料時(shí)，會(huì)存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺(tái)不明顯等問(wèn)題。如Ng等采用簡(jiǎn)單的過(guò)濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負(fù)極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量?jī)H為400mAh/g。
2、石墨烯
2004年英國(guó)Manchester大學(xué)研究者首次發(fā)現(xiàn)石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎(jiǎng)。石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料，具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面、高導(dǎo)熱系數(shù)、高電子導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關(guān)注。
3、鈦酸鋰
尖晶石型鈦酸鋰被作為一種備受關(guān)注的負(fù)極材料，因具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)鈦酸鋰在脫嵌鋰前后幾乎“零應(yīng)變”；
2)嵌鋰電位較高(1.55V)，避免“鋰枝晶”產(chǎn)生，安全性較高；
3)具有很平坦的電壓平臺(tái)；
4)化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)和庫(kù)倫效率高。
4、硅基材料
硅作為鋰離子電池理想的負(fù)極材料，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)硅可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲(chǔ)鋰比容量高達(dá)4200mAh/g(超過(guò)石墨比容量的10倍)；
2)硅的嵌鋰電位(0.5V)略高于石墨，在充電時(shí)難以形成“鋰枝晶”；
3)硅與電解液反應(yīng)活性低，不會(huì)發(fā)生有機(jī)溶劑的共嵌入現(xiàn)象?！ ?/div>
5、錫合金
SnCoC是錫合金負(fù)極材料中商業(yè)化較成功的一類材料，其將Sn、Co、C三種元素在原子水平上均勻混合，并非晶化處理而得，該材料能有效抑制充放電過(guò)程中電極材料的體積變化，提高循環(huán)壽命。
6、錫氧化物
SnO2因具有較高的理論比容量(781mAh/g)而備受關(guān)注，然而，其在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題：首次不可逆容量大、嵌鋰時(shí)會(huì)存在較大的體積效應(yīng)(體積膨脹250%～300%)、循環(huán)過(guò)程中容易團(tuán)聚等。實(shí)驗(yàn)表明，石墨作為載體，不僅能將SnO2顆粒分散得更均勻，而且能有效抑制顆粒團(tuán)聚，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
