鋰離子電池正極材料分類

理想的鋰離子電池正極材料應該能夠容納大量的鋰離子，具有高的離子電導率和電子電導率，以及良好的穩定性。現有的陽極材料很難同時滿足上述要求。因此，開發具有更好電化學性能的新型負極材料和對現有材料進行改性一直是鋰離子電池負極材料領域的研究熱點。目前，陽極材料可分為三種類型:嵌入式陽極材料、合金陽極材料和轉化陽極材料。

A.嵌入式陰極材料

最典型的嵌入式陽極材料是碳。根據石墨化程度的不同，碳材料可分為軟碳、硬碳和石墨。常用的軟碳材料有石油焦、針狀焦、碳纖維、碳微球等。硬碳在2500℃以上很難石墨化。石墨的放電容量為350毫安時/克，具有分層結構，同一層的碳原子呈六角形排列，層與層之間受范德華力用途。鋰離子可以嵌入石墨層之間形成li-gic。石墨材料導電性好，結晶度高，充放電平臺穩定，是鋰離子電池最商業化的陰極材料。除石墨外，其他碳材料的鋰儲存機理是相同的。要指出的是，硬碳材料比石墨具有更高的放電能力，因為除了與石墨具有相同的包埋機制外，硬碳結構中還存在一些微孔或缺陷，可用于Li+的存儲和拆卸[15]。但由于循環效率低、電壓隨容量變化大、放電平臺不穩定、硬碳作為陽極材料的應用受到限制。

B.合金陽極材料

合金化鋰儲存材料是指金屬及其合金、能與鋰發生合金化反應的中間相化合物和配合物。據報道，鋰在室溫下可與錫、硅、鋅、鋁、銻、鍺、鉛、鎂、鈣、砷、鉍、鉑、銀、金、鎘、汞等多種金屬發生反應，其充放電機理為合金化和反向合金化反應。一般來說，合金陽極材料的理論容量和電荷密度遠高于埋入式陽極材料。與此同時,這類材料的嵌鋰潛力高,存款鋰,很難在大電流充放電條件下,鋰和樹突不會出現,這將導致電池短路,為大功率設備具有重要意義。

C.轉換負極材料

目前報道的過渡金屬材料多達10種，重要是指Co、Ni、Mn、Fe、V、Ti、Mo、W、Cr、Cu、Ru等過渡金屬元素的氧化物、硫化物、氮化物、磷酸鹽和氟化物。在過去，人們并不認為這種材料有前途。這種材料的空間結構中沒有鋰離子嵌入和逃逸的空間，不符合傳統的鋰離子鑲嵌機理，常溫下與鋰的反應被認為是不可逆的。直到一些過渡金屬氧化物被發現具有高的可逆放電能力(是石墨的3倍)，這種材料才逐漸引起了研究人員的注意。圖2顯示了某些轉化的類陽極材料的第一放電比容。

與上述三種陰極材料不同，尖晶石結構的鈦酸鋰Li4Ti5O12也受到了越來越多的關注。Li4Ti5O12的工作電壓為1.5v，與一般的負極材料相比，工作電壓相對較高。在這個電壓下，電解液不會分解。因此，鈦酸鋰被用作電池的負極材料。此外，鈦酸鋰材料在嵌入和拆卸鋰離子前后體積變化不大，是一種安全性能突出的零應變材料，成為儲能電站下一代鋰離子電池的熱門候選材料。