锂电池的负极材料除了石墨之外还有什么更好的选择吗？

锂电池的特点如下：

①电压高达3.0V

②能量密度大

③自放电少

④工作温度范围大

不只是电池技术人员，大家应该都希望直接发挥这些特点，实现锂电池的二次电池化。

但好事多磨，在二次电池化的面前，耸立着巨大的难关。其中，安全性和达不到需要的充放电循环寿命两个课题最难解决。至今仍未找到答案。

锂电池的开发史（一、摆脱三重苦，锂电池即将登场）

锂电池的开发史（一、摆脱三重苦，锂电池即将登场）

在反复充放电的过程中，针状的金属锂不断生长。

原因出在充电时生长的锂枝晶（树枝状结晶）。图4展示了充电时析出的锂的形状，从图中不难看出将其称之为树枝状结晶或是针状结晶的理由。结晶针会穿透隔膜，造成内部短路，给安全性造成威胁，或是从电极上脱落，导致容量降低，也就是循环劣化。

那么，同样使用金属负极的Ni-Cd电池是不是不会发生这种问题？镉的放电生成物——CdO（氧化镉）或Cd（OH）2（氢氧化镉）不溶于电解液，会停留在原位，在电极上生成。因此充电后，会在原地重新转化成镉。

就负极的金属材料而言，锌（Zn）远比镉优秀。锌单位重量的电容量约是Cd的1.7倍，单位体积的电容量约是1.4倍。而且，在正极活性物质相同的情况下，锌的电池电压可以高出约0.4V。这就是干电池、氧化银电池等一次电池采用锌作为负极的原因。

但锌负极在运用于二次电池的时候，会像锂一样发生枝晶问题。图5通过模式图，展示了镉和锌的电解析出机制。使用锌作为负极时，放电生成物ZnO（氧化锌）以锌酸根离子ZnO22-的形态溶于电解液，从而生成枝晶。虽然在充电时，锌会重新析出，但此时的锌无法回到原位，会在容易析出的位置电解析出。开始析出后，以尖端部位为活性点，析出将连续进行，树枝状的电解析出物——枝晶不断生长。倘若没有这种现象，Ni-Cd即使不存在公害问题，估计也已经被Ni-Zn取而代之。

镉的放电生成物不溶于电解液，在电极上堆积，充电后重新转化为镉。锌的放电生成物溶于电解液，充电时以枝晶的形态析出。

使用锂作为负极时，放电生成物也会溶解于电解液，因此会和锌一样，出现由析出机制导致的枝晶问题。无论是锂还是锌，目前都没有防范枝晶的有效手段。因此，使用锂负极的二次电池还必须等到LIB完成之后才能登场。