锂离子电池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入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，锂的嵌人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)嵌入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)嵌入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(Li4Ti5O12)等;

　　(2)合金类负极材料，如硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铝(A1)、铋(Bi)、二氧化锡(SnOz)等:

　　(3)转换反应类材料，如过渡金属氧化物(MnxOy、Ni0、FexOy、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)。图2-8为各类锂离子电池负极材料的电压和质量比容量。

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