鋰離子電池負極材料

鋰離子電池重要負極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰離子電池負極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的重要因素之一。

1、碳納米管

碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優良的導電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。

2、石墨烯

2004年英國Manchester大學研究者首次發現石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎。石墨烯是一種由碳六元環形成的新型碳材料，具有很多優異的性能，如大比表面、高導熱系數、高電子導電性和良好的機械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關注。

3、鈦酸鋰

尖晶石型鈦酸鋰被作為一種備受關注的負極材料，因具有如下優點：

1)鈦酸鋰在脫嵌鋰前后幾乎零應變；

2)嵌鋰電位較高(1.55V)，防止鋰枝晶出現，安全性較高；

3)具有很平坦的電壓平臺；

4)化學擴散系數和庫倫效率高。

4、硅基材料

硅作為鋰離子電池理想的負極材料，具有如下優點：

1)硅可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲鋰比容量高達4200mAh/g(超過石墨比容量的10倍)；

2)硅的嵌鋰電位(0.5V)略高于石墨，在充電時難以形成鋰枝晶；

3)硅與電解液反應活性低，不會發生有機溶劑的共嵌入現象。