锂电池优点主要有哪些？

能量密度大，可达120～260Wh/kg;工作电压高，3.6～3.7V;自放电率低，年自放电低于10%;无记忆效应，可以随时充、放电;使用寿命长，超过1 000次，可达2 000次;绿色环保，不含镉、铅、汞等重金属

 

 

锂电池负极材料目前处于锂离子电池产业中最关键的环节。按锂离子电池成本比例，负极材料占比锂电池总成本的25%～28%。相对于锂电池正极材料，负极材料的研究方兴未艾。较为理想的负极材料最少要具备以下7点条件：化学电位较低，与正极材料形成较大的电势差，从而得到高功率电池;应具备较高的循环比容量;在负极材料中Li+应该容易嵌入和脱出，具有较高的库伦效率，以至于在Li+脱嵌过程中可以有较稳定的充放电电压;有良好的电子电导率和离子电导率;有良好的稳定性，对电解质有一定的兼容性;对于材料的来源应该资源丰富，价格低廉，制造工艺简单;安全、绿色无污染。

 

 

符合以上各个条件的负极材料目前基本不存在，因此研究能量密度高，安全性能好，价格便宜，材料易得的新型负极材料成为当务之急，这也是现阶段锂电池研究领域的热门课题。现阶段，锂离子电池负极材料主要有碳材料、过渡金属的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含锂的过渡金属的氮化物以及钛酸锂材料。各种材料的比容量和性质又各不相同，具体数据如表1所示。

 

 不同负极材料的密度、容量、体积变化、对锂电位数据

 

探索和改进，技术较为成熟。按照材料的组分，通常可以将锂电池负极材料分为2大类：碳材料和非碳质材料。碳材料负极进一步分类为天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球(MCMB)、软炭(如焦炭)负极、硬炭负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等;其他非碳负极材料主要分为硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等。

 

碳材料负极是一个总称，一般可分为5大类：石墨、硬炭、软炭、碳纳米管和石墨烯。石墨又可分为人造石墨、天然石墨、中间相炭微球。更详细分类如下图2显示，主要石墨负极材料的性能指标对比如表2所示。

石墨为层状堆垛结构，层间距为 0.335 nm，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键结合，石墨层间以范德华力结合。在每一层上，碳原子之间都呈六元环排列方式并向二维方向无限延伸。石墨的这种层状结构可以使锂离子很容易的嵌入和脱出，并且在充放电过程中其结构可保持结构稳定。石墨负极材料的理论容量为 372 mAh/g，但实际比容量为330～370 mAh/g;石墨具有明显的低电位充放电平台(0.01～0.2 V)，大部分嵌锂容量都在该电压区域内产生，充放电平台对应着石墨层间化合物 LiC6的形成和分解，这有利于给锂电池提供高而平稳的工作电压。但是石墨负极材料也有一定的缺陷，在充放电过程中它易与电解液反应生成 SEI 膜，使得锂离子电池首次库伦效率较低;此外，石墨负极与电解液的相容性较差，容易与电解液中的有机溶剂发生共嵌入情况，这会导致负极石墨层膨胀剥落，进而使得锂离子电池循环稳定性降低。针对此类问题，技术工艺上可以用微氧化石墨或者用无定型碳进行表面包覆，从而减少共嵌入现象的发生。