關(guān)于現(xiàn)在的鋰離子電池負(fù)極材料的特點(diǎn)以及發(fā)展方向

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，比如鋰離子電池負(fù)極材料。

隨著煤炭，石油和天然氣等不可再生能源的枯竭，以及由其燃燒引起的環(huán)境污染，能源和環(huán)境已成為影響當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)主要問題。為了解決這兩個(gè)問題，迫切需要開發(fā)新的可再生綠色能源來(lái)替代傳統(tǒng)的化石燃料。鋰離子電池作為新一代的儲(chǔ)能設(shè)備，具有能量密度高，工作電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)境污染小，無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。它是目前最有前途的儲(chǔ)能設(shè)備之一。 [1]作為鋰離子電池的核心組件，電極材料決定了鋰離子電池的性能，負(fù)極材料在鋰離子電池中起著至關(guān)重要的作用。因此，近年來(lái)負(fù)極材料的研究成為熱點(diǎn)。

鋰電池負(fù)極材料的全球銷量約為10萬(wàn)噸，主要銷往中國(guó)和日本。根據(jù)當(dāng)前新能源汽車的增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)陽(yáng)極材料的需求將繼續(xù)增長(zhǎng)。目前，全球鋰電池負(fù)極材料仍以天然/人造石墨為主，新型負(fù)極材料如中碳微球(MCMB)，鈦酸鋰，硅基負(fù)極，HC / SC和鋰金屬也在迅速增長(zhǎng)。

負(fù)極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一，目前商業(yè)化鋰離子電池采用的負(fù)極材料重要包括：①石墨類碳材料，分為天然石墨、人造石墨;②無(wú)序碳材料，包括硬碳和軟碳;③鈦酸鋰材料;④硅基材料，重要分為碳包覆氧化亞硅復(fù)合材料、納米硅碳復(fù)合材料、無(wú)定形硅合金。

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的普及已達(dá)到歷史最高水平。作為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，電動(dòng)汽車的發(fā)展促進(jìn)了電池性能的提高，但也對(duì)電池提出了更高的要求，包括提高能量密度和延長(zhǎng)循環(huán)壽命。當(dāng)前對(duì)陽(yáng)極材料的研究集中于新型碳材料，硅基材料，錫基材料及其氧化物陽(yáng)極材料。

鋰離子在負(fù)極矩陣中的插入氧化還原電勢(shì)盡可能低，接近金屬鋰的電勢(shì)，因此電池的輸入電壓高;基質(zhì)中的大量鋰可以可逆地插入和脫嵌以獲得高容量;在去嵌入過程中，負(fù)極的主要結(jié)構(gòu)不變或很少變化。隨著鋰的插入和去除，氧化還原電勢(shì)的變化應(yīng)盡可能小，以使電池電壓不會(huì)顯著變化，并且可以保持穩(wěn)定的充電和放電。

與傳統(tǒng)的碳材料相比，新型碳材料目前在商業(yè)上被廣泛用作鋰離子電池的常規(guī)碳材料，但其理論容量低，越來(lái)越不能滿足鋰離子電池的發(fā)展需求。新型碳材料，例如碳納米管，石墨烯等，由于其特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu)，出色的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，在鋰離子電池應(yīng)用中具有巨大的潛力。

石墨具有許多優(yōu)良的性能，因此廣泛用于冶金，機(jī)械，電氣，化工，紡織，國(guó)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(rùn)滑材料，石墨密封材料等。我國(guó)是世界上石墨儲(chǔ)量最豐富的國(guó)家，也是最大的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，在世界石墨工業(yè)中占有重要地位。根據(jù)國(guó)土資源部的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有結(jié)晶石墨儲(chǔ)量3085萬(wàn)噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量5280萬(wàn)噸。隱晶石墨儲(chǔ)量為1358萬(wàn)噸，基本儲(chǔ)量為2371萬(wàn)噸。中國(guó)的石墨儲(chǔ)量占世界的70%以上。

石墨是目前鋰離子電池最常用的負(fù)極材料。由于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子只能與sp2雜化的碳六元環(huán)相互作用形成LiC6。通過該計(jì)算，石墨的理論比容量為372mA·h。 /G。對(duì)于石墨烯，片材的兩面均可同時(shí)存儲(chǔ)鋰離子，因此理論容量可達(dá)到740mA·h / g。研究表明，鋰可能以Li2共價(jià)分子的形式嵌入無(wú)序碳材料中，形成LiC2。通過該鋰存儲(chǔ)機(jī)理計(jì)算出的石墨烯的理論比容量為1116mA·h / g。綜上所述，石墨烯的鋰離子存儲(chǔ)容量比石墨高得多，因此，作為鋰離子電池負(fù)極材料具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?

在研究設(shè)計(jì)過程中，一定會(huì)有這樣或著那樣的問題，這就需要我們的科研工作者在設(shè)計(jì)過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。