鋰離子電池負極材料研究方向和研究進展

來源：存能電氣  日期：2019-09-03 08:58  瀏覽量：次

　　鋰離子電池負極材料研究方向和研究進展。負極材料在鋰離子電池中起著至關(guān)重要的作用，所以近年來對負極材料的研究成為熱點?，F(xiàn)有的大部分鋰離子電池都不具有比容量高、充電效率高、循環(huán)壽命長的優(yōu)點，實際容量遠達不到理論容量，因此，技術(shù)上的革新是十分迫切的，開發(fā)新型性能優(yōu)異的鋰離子電池電極材料是研究者們當(dāng)前需要重點努力的方向。

　　鋰離子電池負極材料研究方向

　　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主要包括：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，主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)濟的快速發(fā)展，科技日新月異，電子產(chǎn)品的普及達到史上之最。作為重要應(yīng)用領(lǐng)域之一的電動汽車的發(fā)展帶動了電池性能的提升，同時也對電池提出了更高的要求，包括能量密度的提升，循環(huán)壽命的延長等。目前針對負極材料的研究集中在新型碳材料、硅基材料、錫基材料及其氧化物負極材料。

　　新型碳材料是相對于傳統(tǒng)碳材料而言，目前商業(yè)上普遍使用石墨這一傳統(tǒng)碳材料作為鋰離子電池負極材料，但是其理論容量較低，越來越不能滿足鋰離子電池的發(fā)展需求。新型碳材料如碳納米管、石墨烯等，由于具有特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電特性，因此在鋰離子電池應(yīng)用中具有巨大的潛力。

　　與其他鋰電池負極材料相比，硅基負極材料具有非常高的比容量。但硅在充放電時的高膨脹率限制了其在負極材料中的應(yīng)用，將硅和其他材料復(fù)合制備成的負極材料可在一定程度上克服該缺陷。

　　金屬錫和鋰可以發(fā)生合金化反應(yīng)形成多種金屬間化合物L(fēng)ixSn（x=0.4、1.0、2.33、2.5、2.6、3.5、4.4），是一種很有應(yīng)用前景的鋰離子電池負極材料。

　　鋰離子電池負極材料研究進展

　　以針狀石油焦為代表的優(yōu)質(zhì)石油焦具有低熱膨脹系數(shù)、低空隙度、低硫、低灰分、低金屬含量、高導(dǎo)電率及易石墨化等一系列優(yōu)點，所以被視為優(yōu)質(zhì)的鋰離子電池負極材料原料。

　　雖然硅基負極材料因其高比容量等優(yōu)點被認(rèn)為是具有廣闊應(yīng)用前景的下一代鋰離子電池負極材料，然而其商業(yè)化應(yīng)用之路并不順利。在充放電過程中引起的巨大體積變化不僅使得材料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，還帶來了多種負面效應(yīng)，引起電池的快速失效。

　　對硅基負極材料的改性研究主要集中在如何解決體積效應(yīng)、維持SEI膜穩(wěn)定和提高首次庫倫效率三個方面。目前已報道的措施主要有：納米結(jié)構(gòu)硅及其維度設(shè)計、硅復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計、新型粘結(jié)劑、新型電解液/電解液添加劑和預(yù)鋰化等。

　　在電池成本中，負極材料約占了5%-15%,是鋰離子電池的重要原材料之一。隨著科技的不斷提升，也不只有碳類負極材料這一種選擇。鋰金屬負極、鈦酸鋰負極、合金負極等，這些材料的應(yīng)用有的還不是很完善，但都是朝著鋰離子電池高容量、高循環(huán)次數(shù)、高放電倍率發(fā)展。