锂电池负极材料的发展历程
来源：宝鄂实业
2019-02-20 19:41
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锂电池的负极材料主要是作为储锂的主体，在充放电过程中它实现锂离子的嵌入和脱出。
从锂离子电池的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起着决定性的作用，正是由于碳材料的出现解决了金属锂电极的安全问题，从而直接导致了锂离子电池的应用。已经产业化的锂离子电池的负极材料主要是各种碳材料，包括石墨化碳材料和无定形碳材料，如天然石墨、改性石墨、石墨化中间相碳微珠、软炭(如焦炭)和一些硬炭等。
其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等。纳米尺度的材料由于其特有的性能；也在负极材料的研究中广为关注；而负极材料的薄膜化是高性能负极和近年来微电子工业发展对化学电源特别是二次锂电池的要求。
二次锂电池负极材料的发展经过了一个较长过程，最早研究的负极材料是金属锂，由于电池的安全问题和循环性能不佳，金属锂在二次锂电池中并未得到应用。锂合金的出现在一定程度上解决了金属锂负极可能存在的安全隐患，但是锂合金在反复的循环过程中经历了较大的体积变化，电极材料会逐渐粉化，电池容量迅速衰减，这使得锂合金并未成功用作二次锂电池的负极材料。
碳材料在二次锂电池中的成功应用促进了锂离子电池的产生，此后，许多种碳材料被加以研究。但是碳材料存在着比容量低，首次充放电效率低，有机溶剂共嵌入等不足，所以人们在研究碳材料的同时也开始了对其他高比容量的非碳负极材料的开发，比如锡基负极材料、硅基负极材料、氮化物、钛基负极材料以及新型合金材料等。
正是由于锂枝晶和锂与电解液反应可能造成的许多问题，从而使以锂为负极的二次锂电池未能实现商业化。目前主要在三方向展开研究工作：
①寻找替代金属锂的负极材料；
②采用聚合物或熔盐电解质，避免金属锂和有机溶剂的反应；
③寻找合适的电解液配方，使金属锂在沉积溶解过程中保持光滑均一的表面。
历史上对锂合金的系统研究始于高温熔融盐体系，研究体系包括Li-A1、Li-Si、Li-Mg、Li-Sn、Li-Bi和Li-Sb。有机电解液体系中锂的电化学合金化反应的系统研究是从Dey的工作开始的，后来的研究表明室温条件下锂可以和很多金属在电化学过程中发生合金化反应。Huggins对各种二元和三元锂合金作为负极在有机溶剂体系中的行为做了系统的研究，特别是锂锡体系、锂锑体系和锂铅体系的热力学和动力学行为进行了报道。
从锂离子电池的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起着决定性的作用，正是由于碳材料的出现解决了金属锂电极的安全问题，从而直接导致了锂离子电池的应用。已经产业化的锂离子电池的负极材料主要是各种碳材料，包括石墨化碳材料和无定形碳材料，如天然石墨、改性石墨、石墨化中间相碳微珠、软炭(如焦炭)和一些硬炭等。
其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等。纳米尺度的材料由于其特有的性能；也在负极材料的研究中广为关注；而负极材料的薄膜化是高性能负极和近年来微电子工业发展对化学电源特别是二次锂电池的要求。
二次锂电池负极材料的发展经过了一个较长过程，最早研究的负极材料是金属锂，由于电池的安全问题和循环性能不佳，金属锂在二次锂电池中并未得到应用。锂合金的出现在一定程度上解决了金属锂负极可能存在的安全隐患，但是锂合金在反复的循环过程中经历了较大的体积变化，电极材料会逐渐粉化，电池容量迅速衰减，这使得锂合金并未成功用作二次锂电池的负极材料。
碳材料在二次锂电池中的成功应用促进了锂离子电池的产生，此后，许多种碳材料被加以研究。但是碳材料存在着比容量低，首次充放电效率低，有机溶剂共嵌入等不足，所以人们在研究碳材料的同时也开始了对其他高比容量的非碳负极材料的开发，比如锡基负极材料、硅基负极材料、氮化物、钛基负极材料以及新型合金材料等。
正是由于锂枝晶和锂与电解液反应可能造成的许多问题，从而使以锂为负极的二次锂电池未能实现商业化。目前主要在三方向展开研究工作：
①寻找替代金属锂的负极材料；
②采用聚合物或熔盐电解质，避免金属锂和有机溶剂的反应；
③寻找合适的电解液配方，使金属锂在沉积溶解过程中保持光滑均一的表面。
历史上对锂合金的系统研究始于高温熔融盐体系，研究体系包括Li-A1、Li-Si、Li-Mg、Li-Sn、Li-Bi和Li-Sb。有机电解液体系中锂的电化学合金化反应的系统研究是从Dey的工作开始的，后来的研究表明室温条件下锂可以和很多金属在电化学过程中发生合金化反应。Huggins对各种二元和三元锂合金作为负极在有机溶剂体系中的行为做了系统的研究，特别是锂锡体系、锂锑体系和锂铅体系的热力学和动力学行为进行了报道。
