目前锂二次电池负极材料研究的主要方向？
来源：宝鄂实业
2019-03-05 12:26
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人们最早研究的锂二次电池的负极材料是金属锂，这是因为锂具有最负的电极电位(-3.045V)和最高的质量比容量(3860mA·h/g)。但是，以锂为负极时，充电过程中金属锂在电极表面不均匀沉积，导致锂在一些部位沉积过快，产生树枝一样的结晶(枝晶)。当枝晶发展到一定程度时，一方面会发生折断，产生“死锂”，造成不可逆的锂；另一方面更为严重的是，枝晶刺破隔膜，引起电池内部短路和电池爆炸。除此之外，锂有极大的反应活性，可能与电解液反应，也可能消耗活性锂和带来安全问题。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。
相对于金属锂而言，锂合金负极避免了枝晶的生长，从而提高了安全性。但由于合金材料在反复的循环过程中经历较大的体积变化，电极材料会逐渐粉化，锂电池容量迅速衰减。
为了解决合金材料的粉化问题，不同的研究者提出了不同的解决方法。Huggins提出将活性的LixSi合金均匀分散在非活性(所谓的非活性是指在一定的电位下不参与反应)LixSn或LixCd中形成混合导体全固态复合体系。有人提出将锂合金分散在导电聚合物中形成复合材料；将小颗粒合金嵌入到稳定的网络支撑体中。这些措施从一定程度上抑制了合金材料的粉化，但仍然没有达到实用化的要求。
随着负极概念的突破，负极材料不再需要含锂，这使得在合金材料的制备上有了更多的选择。不含锂的金属间化合物被用于锂离子电池负极进行研究。存在两类金属间化合物，一类是含两种可嵌锂合金之间的金属间化合物，如SnSb、SnAg、AgSi、GaSb、AlSb、InSb。这类金属间化合物，由于不同的金属在不同的电位与锂发生合金化反应，一种金属与锂发生合金化反应时，另一种金属呈惰性，相当于活性合金分散在非活性合金的网络中。相对于单一金属，材料的循环性能有很大提高。另外一类金属间化合物是可嵌锂活性金属和非活性金属的合金，如Sb2Ti、Sb2V、Sn2Co、Sn2Mn、A12Cu、Ge2Fe、CuSn,Cu2Sb、Cr2Sb。这类合金只有一种金属是活性的，另外一种充当了导电惰性网络的作用，相对于前一种两种活性金属的金属间化合物循环性有所改进，但这是以牺牲比容量为代价的。
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。
相对于金属锂而言，锂合金负极避免了枝晶的生长，从而提高了安全性。但由于合金材料在反复的循环过程中经历较大的体积变化，电极材料会逐渐粉化，锂电池容量迅速衰减。
为了解决合金材料的粉化问题，不同的研究者提出了不同的解决方法。Huggins提出将活性的LixSi合金均匀分散在非活性(所谓的非活性是指在一定的电位下不参与反应)LixSn或LixCd中形成混合导体全固态复合体系。有人提出将锂合金分散在导电聚合物中形成复合材料；将小颗粒合金嵌入到稳定的网络支撑体中。这些措施从一定程度上抑制了合金材料的粉化，但仍然没有达到实用化的要求。
随着负极概念的突破，负极材料不再需要含锂，这使得在合金材料的制备上有了更多的选择。不含锂的金属间化合物被用于锂离子电池负极进行研究。存在两类金属间化合物，一类是含两种可嵌锂合金之间的金属间化合物，如SnSb、SnAg、AgSi、GaSb、AlSb、InSb。这类金属间化合物，由于不同的金属在不同的电位与锂发生合金化反应，一种金属与锂发生合金化反应时，另一种金属呈惰性，相当于活性合金分散在非活性合金的网络中。相对于单一金属，材料的循环性能有很大提高。另外一类金属间化合物是可嵌锂活性金属和非活性金属的合金，如Sb2Ti、Sb2V、Sn2Co、Sn2Mn、A12Cu、Ge2Fe、CuSn,Cu2Sb、Cr2Sb。这类合金只有一种金属是活性的，另外一种充当了导电惰性网络的作用，相对于前一种两种活性金属的金属间化合物循环性有所改进，但这是以牺牲比容量为代价的。
