講解鋰離子電池負極材料特點和發(fā)展方向
來源：寶鄂實業(yè)
2021-09-26 12:12
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負極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一，目前商業(yè)化鋰離子電池采用的負極材料重要包括：①石墨類碳材料，分為天然石墨、人造石墨;②無序碳材料，包括硬碳和軟碳;③鈦酸鋰材料;④硅基材料，重要分為碳包覆氧化亞硅復(fù)合材料、納米硅碳復(fù)合材料、無定形硅合金。
隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的普及已達到歷史最高水平。作為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，電動汽車的發(fā)展促進了電池性能的提高，但也對電池提出了更高的要求，包括提高能量密度和延長循環(huán)壽命。當(dāng)前對陽極材料的研究集中于新型碳材料，硅基材料，錫基材料及其氧化物陽極材料。
鋰離子在負極矩陣中的插入氧化還原電勢盡可能低，接近金屬鋰的電勢，因此電池的輸入電壓高;基質(zhì)中的大量鋰可以可逆地插入和脫嵌以獲得高容量;在去嵌入過程中，負極的重要結(jié)構(gòu)不變或很少變化。隨著鋰的插入和去除，氧化還原電勢的變化應(yīng)盡可能小，以使電池電壓不會顯著變化，并且可以保持穩(wěn)定的充電和放電。
與傳統(tǒng)的碳材料相比，新型碳材料目前在商業(yè)上被廣泛用作鋰離子電池的常規(guī)碳材料，但其理論容量低，越來越不能滿足鋰離子電池的發(fā)展需求。新型碳材料，例如碳納米管，石墨烯等，由于其特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu)，出色的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，在鋰離子電池應(yīng)用中具有巨大的潛力。
石墨具有許多優(yōu)良的性能，因此廣泛用于冶金，機械，電氣，化工，紡織，國防和其他工業(yè)部門，例如石墨模具，石墨電極，石墨耐火材料，石墨潤滑材料，石墨密封材料等。我國是世界上石墨儲量最豐富的國家，也是最大的生產(chǎn)國和出口國，在世界石墨工業(yè)中占有重要地位。根據(jù)國土資源部的統(tǒng)計，我國有結(jié)晶石墨儲量3085萬噸，基礎(chǔ)儲量5280萬噸。隱晶石墨儲量為1358萬噸，基本儲量為2371萬噸。我國的石墨儲量占世界的70%以上。
石墨是目前鋰離子電池最常用的負極材料。由于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子只能與sp2雜化的碳六元環(huán)相互用途形成LiC6。通過該計算，石墨的理論比容量為372mA·h。/G。關(guān)于石墨烯，片材的兩面均可同時存儲鋰離子，因此理論容量可達到740mA·h/g。研究表明，鋰可能以Li2共價分子的形式嵌入無序碳材料中，形成LiC2。通過該鋰存儲機理計算出的石墨烯的理論比容量為1116mA·h/g。綜上所述，石墨烯的鋰離子存儲容量比石墨高得多，因此，作為鋰離子電池負極材料具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
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