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锂离子电池负极材料的发展状况

2022-10-27

锂离子电池

目前，锂离子电池中使用的负极材料一般为碳材料，如石墨、软碳 (如焦炭等) 、硬碳等。正在探索的阳极材料包括氮化物，PAS，锡基氧化物，锡基氧化物，锡合金和纳米负极材料。作为锂离子电池的负极材料，要求具有以下基本性能：

(1) 锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；

(2) 基体中大量的锂可以可逆的插入和去插入，以获得很高的容量密度；

(3) 氧化还原电位不会发生明显变化，并且可以保持相对稳定的充放电；

(4) 插入的化合物应具有更好的导电性和离子导电性，可减少极化并进行大电流充放电；

(5) 从实用角度来看，主要材料应价格便宜，对环境无污染；碳负极锂离子电池在安全性和循环寿命方面表现出良好的性能，碳材料价格便宜且无毒。碳负极材料广泛用于商用锂离子电池。

近年来，随着对碳材料研究的深入，发现通过对石墨和各种碳材料进行表面改性和结构调整，比容量将由原来的理论值372 mAh/g大幅提高到700 mAh/g ~ 1000 mAh/g，而且锂离子电池的比能量会大大提高。

目前，锂离子电池负极材料的研发主要有: 石墨、石油焦、碳纤维、热解碳、中间相沥青基碳微球 (MCMB) 、炭黑、玻璃碳等，其中石墨和石油焦具应用价值。一般来说，根据石墨化程度，碳阳极材料可分为石墨、软碳和硬碳。石墨材料具有良好的导电性和高结晶度。它具有良好的分层结构。充放电容量可达300 mAh/g以上，充放电效率在90% 以上。它可以与提供锂源的阴极材料一起使用。锂、锂镍酸等匹配，组成电池的平均输出电压高。是目前应用广泛的锂离子电池负极材料。软碳材料易于石墨化碳材料材料是指在2500 ℃ 以上的高温下通过石墨化转化的无定形碳。软碳石墨化程度低，与电解质相容性好。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。硬碳材料是指难以石墨化的碳材料，是由具有大锂容量 (500 ~ 1000 mah/g) 的高分子聚合物热分解形成的。这种类型的碳也难以在高于2500 °C的高温下石墨化。

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2022-07-26

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