如何选择锂离子电池的电极材料？

1碳负极材料：此种类型的材料无论是能量密度、循环能力，还是成本投入等方面，其都处于表现均衡的负极材料，同时也是促进锂离子电池诞生的主要材料，碳材料可以被划分为两大类别，即石墨化碳材料以及硬碳。其中，前者主要包括人造石墨以及天然石墨。人造石墨的形成过程为：在2500℃以上的温度中，将软碳材料进行石墨化处理之后得到，MCMB属于人造石墨中比较常用的一种，其结构为球形，表面质地较为光滑，直径大约为5-40μm。由于受其表面光滑程度影响，使电极表面以及电解液之间发生反应的几率降低，进而降低了不可逆容量。同时，球形结构能够方便锂离子在任何方向进行嵌入和脱出活动，对保障结构稳定具有较大的促进作用。天然石墨也具有诸多优势，其结晶度较高、可嵌入的位置较多，并且价格较低，是较为理想的锂离子电池材料。但其也存在一定的弊端，例如在与电解液反应时，相容性较差，在进行粉碎时表面存在诸多缺陷等，这都将对其充电或放电的性能产生较大的不利影响。

 

此外，硬碳的形成过程为：在2500℃的状态下，难以实施石墨化的碳材料，其主要为高分子化合物的热解碳，通过高倍显微镜能够看出，其是由许多纳米小球堆积而成，整体呈现出花团簇状，具体如图1所示。在其表面具有大量纳米孔的无定形区域，在容量方面远远超过石墨的标准容量，进而对循环能力产生较大的不利影响。

 

2硅负极材料：由于硅物质的储存量较为丰富，且价格较为低廉，因此将其作为新型负极材料应用到锂离子电池中十分理想。但是，由于硅属于半导体，电导率较差，并且在嵌入的过程中将会使体积膨胀成以往的数倍，最高膨胀度能够达到370%，这将导致活性硅粉化和脱落，难以与电子进行充分的接触，进而使得容量迅速缩减。要想使硅在锂离子电池材料中得到良好的应用，使其在充电或者放电的过程中，能够对其体积进行有效的控制，进而使其容量和循环能力得到极大的保障，可以采用以下几种方式来实现，第一，使用纳米尺寸的硅。第二，将硅与非活性基体、活性基体、粘接剂相结合。第三，利用硅薄膜，其已经被视为是下一代最为适用的商用负极材料。

 

3 锂离子电池正极材料

 

钴酸锂作为正极材料，被应用的时间最早，并且直至目前仍然属于消费电子产品中居于主流的正极材料。钴酸锂与其他正极材料相比较能够看出，其工作过程中电压较高，充电或者放电时电压运行较为平稳，能够符合大电流的要求，具有较强的循环性能，电导效率较高，材料以及电池等工艺较为稳定。但是其也存在许多缺点，例如资源较为短缺，价格较贵，钴含有毒性，使用时具有一定的危险，并且会对环境产生不良影响。尤其是其安全性不能得到切实的保障，这将成为制约其广泛发展的重要因素。在对其进行的研究中，以Al3+、Mg2+、Ni2+等金属阳离子掺杂最为广泛，随着科研的不断推进，目前采用Al3+与Mg2+等金属阳离子掺杂形式更是已开始投入使用。在钴酸锂的制备方面，主要包括两种方法，即固相合成法以及液相合成法。在工业中普遍使用的是高温固相合成法，它主要利用锂盐，例如Li2CO3或LiOH等，与钴盐如CoCO3等，按照1:1的比例进行融合，并且在600℃至900℃高温的状态下进行煅烧而形成。目前市场中对钴酸锂材料的应用主要为二次电池市场当中，并且也成为小型高密度锂离子电池材料的最佳选择。