锂电池负极材料的技术发展和作用介绍
来源：宝鄂实业
2021-07-30 11:15
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锂电池负极材料的技术发展
①石墨负极材料
石墨由于具备电子电导率高，锂离子扩散系数大，层状结构在嵌锂前后体积变化小，嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商业化锂离子负极材料。
但由于石墨本身结构特性的制约，石墨负极材料的发展也遇到了瓶颈，容量若已经达到极限，则不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力。因此业界开始把目光投向费石墨类材料。
②硅基负极材料
硅是半导体材料，自身的电导率较低。在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300%以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低。
与传统石墨负极相比，硅具有超高的理论比容量和较低的脱锂电位，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难引起表面析锂，安全性能更好。硅成为锂离子电池碳基负极升级换代的富有潜力的选择之一。
③钛酸锂负极材料
与碳负极材料相比，钛酸锂的电位高，钛酸锂电池超长的循环寿命，不同凡响的安全性，优异的功率特性以及良好的经济性，这些特性却将会是成就目前正在崛起的大规模锂电储能产业的重要基石。
国内外对钛酸锂电池技术的研究可谓是风起云涌。其产业链可分为钛酸锂材料制备、钛酸锂电池生产与钛酸锂电池系统的集成系统的集成及其在电动车及储能市场的应用。
锂离子电池正负极材料作用
1、锂离子电池负极材料的作用
锂离子电池的负极活性材料主要为碳材料，其成功之处即在于以碳负极替代了锂负极，从而充放电过程中锂在负极表面的沉积和溶解变为锂在碳颗粒中的嵌入和脱出，减少了锂枝晶形成的可能，大大地提高了电池的安全性，但这并不表示使用碳负极不存在安全性问题。
负极活性材料的物化结构性质对锂离子的嵌入和脱出有决定性的影响，使用容易脱嵌的活性材料，充放循环时，活性材料的结构变化小，而且这种微小变化是可逆的，因此有利于延长充放循环寿命。
2、锂离子电池正极材料作用
不同的正极材料种类，决定了电池充放电功率的大体范围。比如，正极材料的晶体结构稳定性，颗粒尺寸，掺杂原子，碳包覆工艺，材料的制备方法等。以上因素最终都是通过影响正极材料容纳锂离子的能力和脱嵌嵌入通道的通畅性来影响锂电池的功率密度。
每种正极材料都有其理论能量密度，选择了一种正极材料，就选择了电芯能量密度的上限。正极材料的用量设计和加工制作过程中的振实密度也对电芯成品的能量密度产生影响。
影响电芯循环寿命的因素很多，与正极材料相关的，主要有正极材料活性物质在循环使用中的损耗，以及充放电过程中，材料结构的崩坏引发的正极容纳锂离子能力的衰减。而正极材料中的杂质成分，比如单质铁和三价铁，都会与电解液相互作用，产生不良副反应，或者造成内部微短路。
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