現(xiàn)在的電池處處可見，那么你知道鋰電負極材料有哪些嗎?它們有什么特點?隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如鋰電負極材料。
鋰電池負極材料有克容量、倍率性能、循環(huán)壽命、首次效率、壓實密度、膨脹、比表面積等多項性能指標，且難以兼顧，如大顆粒的壓實密度好、克容量高，但倍率性能不好;小顆粒反之。負極制造商要通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高材料的整體、綜合性能。負極材料作為鋰離子電池關鍵材料之一，在電芯成本中的占比為10%。新能源汽車及動力鋰離子電池市場的持續(xù)高速上升，帶動鋰離子電池負極材料產(chǎn)量持續(xù)走高。
鋰電池的主要負極材料為錫基材料，鋰基材料，鈦酸鋰，碳納米材料，石墨烯材料等。鋰電池的負極材料的能量密度是影響鋰電池的能量密度的主要因素之一。鋰電池的正極材料，負極材料，電解質和隔板被稱為鋰電池的四芯材料。下面我們簡要介紹各種負極材料的性能指標，優(yōu)缺點和可能的改進方向。
碳納米管是具有石墨化結構的碳材料。它具有出色的導電性。同時，由于其深度小，釋放鋰時的行程短，作為負極材料以高倍率充放電時極化作用較小，可以提高電池的高倍率充放電性能。但是，當將碳納米管直接用作鋰電池的負極材料時，將存在諸如不可逆容量高，電壓滯后和放電平臺不明顯的問題。例如，Ng等通過簡單的過濾制備了單壁碳納米管，并將其直接用作負極材料。首次放電容量為1700mAh / g，可逆容量僅為400mAh / g。
石墨具有許多優(yōu)良的性能，因此廣泛用于冶金，機械，電氣，化工，紡織，國防和其他工業(yè)部門，例如石墨模具，石墨電極，石墨耐火材料，石墨潤滑材料，石墨密封材料等。我國是世界上石墨儲量最豐富的國家，也是最大的生產(chǎn)國和出口國，在世界石墨工業(yè)中占有重要地位。根據(jù)國土資源部的統(tǒng)計，我國有結晶石墨儲量3085萬噸，基礎儲量5280萬噸。隱晶石墨儲量為1358萬噸，基本儲量為2371萬噸。中國的石墨儲量占世界的70%以上。
鈦酸鋰的許多優(yōu)點決定了其出色的循環(huán)性能和高安全性。但是，其電導率不高，并且在大電流充電和放電期間其容量嚴重劣化。通常使用表面改性或摻雜來提高其導電性。例如，Xiao等。以Mg(NO3)2為鎂源，通過固相法制備了Mg2 +摻雜的鈦酸鋰，表明摻雜Mg2 +不會破壞鈦酸鋰的尖晶石晶體結構，且摻雜后的材料具有較好的分散性。它的比容量在10C的放電速率下可以達到83.8mAh / g，是未摻雜材料的2.2倍，并且經(jīng)過10次充放電循環(huán)后容量沒有顯著下降。交流阻抗測試表明，摻雜材料的電荷轉移電阻顯著降低。
硅的電壓平臺略高于石墨。這樣做的優(yōu)點是鋰不太可能在充電過程中釋放。在安全性能方面，它比石墨具有很大的優(yōu)勢。從硅的來源來看，硅是地殼中含量最豐富的元素之一，來源廣泛且價格低廉。在充電和放電過程中，鋰的硅脫嵌反應將伴隨著較大的體積變化(> 300%)，從而導致材料結構的破壞和機械粉末化，從而導致電極材料與電極材料之間的分離。從而失去電力。接觸導致容量迅速下降，循環(huán)性能下降。由于嚴重的體積效應，硅表面上的SEI膜處于動態(tài)破壞和重構過程，這將導致鋰離子持續(xù)消耗，并進一步影響循環(huán)性能。
圍繞著對鋰離子動力電池的能量密度、安全性、倍率性、長壽命的提升的要求，對未來的負極材料的走向，也提出了很多要求，基于上面說到的幾種材料，各有優(yōu)異，其未來的走向，還是需市場和技術來綜合衡量，切不可揠苗助長，亦不可坐井觀天。
在研究設計過程中，一定會有這樣或著那樣的問題，這就需要我們的科研工作者在設計過程中不斷總結經(jīng)驗，這樣才能促進產(chǎn)品的不斷革新。
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