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锂离子电池负极材料发展状况

目前,锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料,如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金,以及纳米负极材料等。作为锂离子电池负极材料要求具有以下基本性能:

锂离子电池

(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)在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度;(3)氧化还原电位不会发生显著变化,可保持较平稳的充电和放电;

(4)插入化合物应有较好的电导率和离子电导率,这样可减少极化并能进行大电流充放电;

(5)从实用角度而言,主体材料应该便宜,对环境无污染;碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能,并且碳材料价廉、无毒,目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入,已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整,将比容量从原来的理论值372mAh/g,大大提高到700mAh/g~1000mAh/g,同时使锂离子电池的比能量大大增加。

目前,已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球(MCMB)、炭黑、玻璃炭等,其中石墨和石油焦最有应用价值。一般来说,根据石墨化程度,可将碳负极材料分成石墨、软碳和硬碳。石墨材料导电性好,结晶度较高具有良好的层状结构,充放电容量可达300mAh/g以上,充放电效率在90%以上,可与提供锂源的正极材料钻酸锂、锰酸锂、镍酸锂等匹配,组成的电池平均输出电压高,是目前锂离子电池应用最多的负极材料。软碳材料为容易石墨化的碳素材料,是指在2500℃以上的高温下经过石墨化转变的无定形碳。软碳的石墨化程度低,与电解液的相容性好。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。而硬碳材料是指难于石墨化的碳素材料,是由高分子聚合物经过热分解形成的,锂容量很大(500~

1000mAh/g)。这类碳在2500℃以上的高温也难以石墨化,常见的硬碳有树脂碳(酚醛树脂、环氧树脂、聚目前,已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球(MCMB)、炭黑、玻璃炭等,其中石墨和石油焦最有应用价值。

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