锂离子电池负极材料特点与分类

　　锂离子电池负极材料是决定电池能量密度、循环寿命、快充性能和安全性的关键组件之一。其核心作用是可逆地嵌入和脱出锂离子。

　　负极材料特点与分类

　　锂离子电池负极材料要求具有以下性能:

　　(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)在基体中大量的锂能够发生可逆嵌人和脱出以得到高比容量，即可逆的x值尽可能大;

　　(3)在嵌入/脱出过程中，锂的嵌入和脱出应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样可逆比容量尽可能大;

　　(4)氧化还原电位随x的变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电;

　　(5)嵌人化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这样可减少极化并能变化进行大电流充放电;

　　(6)主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的SEI膜;

　　(7)嵌人化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发生反应;

　　(8)锂离子在主体材料中有较大的扩散系数，便于快速充放电;

　　(9)从实用角度而言，主体材料应该便宜，对环境无污染

　　根据负极材料与锂离子的反应机理，它们可以分为以下三类:

　　(1)插人型负极材料，如碳材料(石墨、多孔碳、碳纳米管、石墨烯等)、二氧化钛(TiO2)和钛酸锂(Ci4TisO12)等;

　　(2)合金类负极材料，如硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铝(Al)、铋(Bi)、二氧化锡(SnO2)等;

　　(3)转换反应类材料，如过渡金属氧化物(MnxOy、NiO、Fex0y、CuO、Mo02等)，各种金属硫化物、磷化物和金属氮化物(MxXy，其中M为金属元素，X为N、S、P等元素)。

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