讲解锂离子电池负极材料特点和发展方向
来源：宝鄂实业
2021-09-26 12:12
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负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，目前商业化锂离子电池采用的负极材料重要包括：①石墨类碳材料，分为天然石墨、人造石墨;②无序碳材料，包括硬碳和软碳;③钛酸锂材料;④硅基材料，重要分为碳包覆氧化亚硅复合材料、纳米硅碳复合材料、无定形硅合金。
随着经济的飞速发展和技术的飞速发展，电子产品的普及已达到历史最高水平。作为重要的应用领域之一，电动汽车的发展促进了电池性能的提高，但也对电池提出了更高的要求，包括提高能量密度和延长循环寿命。当前对阳极材料的研究集中于新型碳材料，硅基材料，锡基材料及其氧化物阳极材料。
锂离子在负极矩阵中的插入氧化还原电势尽可能低，接近金属锂的电势，因此电池的输入电压高;基质中的大量锂可以可逆地插入和脱嵌以获得高容量;在去嵌入过程中，负极的重要结构不变或很少变化。随着锂的插入和去除，氧化还原电势的变化应尽可能小，以使电池电压不会显着变化，并且可以保持稳定的充电和放电。
与传统的碳材料相比，新型碳材料目前在商业上被广泛用作锂离子电池的常规碳材料，但其理论容量低，越来越不能满足锂离子电池的发展需求。新型碳材料，例如碳纳米管，石墨烯等，由于其特殊的一维和二维柔性结构，出色的导热性和导电性，在锂离子电池应用中具有巨大的潜力。
石墨具有许多优良的性能，因此广泛用于冶金，机械，电气，化工，纺织，国防和其他工业部门，例如石墨模具，石墨电极，石墨耐火材料，石墨润滑材料，石墨密封材料等。我国是世界上石墨储量最丰富的国家，也是最大的生产国和出口国，在世界石墨工业中占有重要地位。根据国土资源部的统计，我国有结晶石墨储量3085万吨，基础储量5280万吨。隐晶石墨储量为1358万吨，基本储量为2371万吨。我国的石墨储量占世界的70%以上。
石墨是目前锂离子电池最常用的负极材料。由于石墨的层状结构，锂离子只能与sp2杂化的碳六元环相互用途形成LiC6。通过该计算，石墨的理论比容量为372mA·h。/G。关于石墨烯，片材的两面均可同时存储锂离子，因此理论容量可达到740mA·h/g。研究表明，锂可能以Li2共价分子的形式嵌入无序碳材料中，形成LiC2。通过该锂存储机理计算出的石墨烯的理论比容量为1116mA·h/g。综上所述，石墨烯的锂离子存储容量比石墨高得多，因此，作为锂离子电池负极材料具有很大的发展潜力。
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