簡述鋰離子電池負(fù)極材料
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-03 20:02
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負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，理想的負(fù)極材料應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：
①嵌脫Li反應(yīng)具有低的氧化還原電位，使鋰離子電池具有較高的輸出電壓；
②Li嵌入脫出的過程中，電極電位變化較小，以保證充放電時(shí)電壓波動較??；
③嵌脫Li過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較好，使電池具有較高的循環(huán)壽命和安全性；
④具有較高的可逆比容量；
⑤良好的鋰離子和電子導(dǎo)電性，以獲得較高的充放電倍率和低溫充放電性能；
⑥嵌Li電位如果在1.2V以下，負(fù)極表面應(yīng)能生成致密穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜（SEI），從而防止電解質(zhì)在負(fù)極表面持續(xù)還原，不可逆消耗正極的Li；
⑦制備工藝簡單，易于規(guī)模化，制造和使用成本低；
⑧資源豐富，環(huán)境友好。
根據(jù)負(fù)極與鋰反應(yīng)機(jī)理可把眾多的負(fù)極材料分為3類：插入反應(yīng)電極、合金反應(yīng)電極和轉(zhuǎn)換反應(yīng)電極。其中插入反應(yīng)電極主要指碳負(fù)極、TiO2基負(fù)極材料；合金反應(yīng)電極具體是指錫或硅基的合金及化合物；轉(zhuǎn)換反應(yīng)電極指通過轉(zhuǎn)換反應(yīng)而對鋰有活性的金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氫化物、金屬氮化物、金屬磷化物、金屬氟化物等。
目前負(fù)極主要集中在碳負(fù)極、鈦酸鋰及硅基等合金類材料，采用傳統(tǒng)碳負(fù)極基本滿足消費(fèi)電子、動力電池、儲能電池的要求，采用鈦酸鋰為負(fù)極可滿足電池高功率密度、長循環(huán)壽命的要求，有望進(jìn)一步提高電池能量密度。
當(dāng)前商品化的鋰離子電池負(fù)極有兩類。一類為碳材料，如天然石墨、人工合成石墨、中間相碳微球（MCMB)等。與天然石墨相比，MCMB電化學(xué)性能比較優(yōu)越，主要原因是顆粒的外表面均為石墨結(jié)構(gòu)的邊緣面，反應(yīng)活性均勻，易于形成穩(wěn)定的SEI膜，有利于Li的嵌入脫嵌。
還有一類具有尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12負(fù)極材料，其理論比容量為175mA·h·g-1， 實(shí)際比容量可達(dá)160mA·h·g-1。雖然Li4Ti5O12工作電壓較高，但是由于循環(huán)性能和倍率性能特別優(yōu)異，相對于碳材料而言具有安全性方面的優(yōu)勢，因此這種材料在動力型和儲能型鋰離子電池方面有強(qiáng)烈的應(yīng)用需求。但是易于電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致脹氣引起電池鼓包。
下一代高容量的負(fù)極材料包括Si負(fù)極、Sn基合金。然而合金類負(fù)極材料面臨高容量隨高體積變化的問題，為解決體積膨脹帶來的材料粉化問題，常采用合金與碳的復(fù)合材料，復(fù)合材料能在一定程度上提高現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度，但尚不及預(yù)期。
