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锂电池负极材料的要求与锂电池负极材料分类

2021-04-14   点击量:24

锂电池对负极材料的要求


负极材料作为锂电池的核心部件,在应用时通常需要满足以下条件:


①嵌锂电位低且平稳,以保证较高的输出电压;


②允许较多的锂离子可逆脱嵌,比容量较高;


③在充放电过程中结构相对稳定,具有较长的循环寿命;


④较高的电子电导率、离子电导率和低的电荷转移电阻,以保证较小的电压极化和良好的倍率性能;


⑤能够与电解液形成稳定的固体电解质膜,保证较高的库仑效率;


⑥制备工艺简单,易于产业化,价格便宜;


⑦环境友好,在材料的生产和实际使用过程中不会对环境造成严重污染;


⑧资源丰富等。


锂电池负极材料分类


作为锂电池的四大关键材料之一,负极材料技术与市场均较为成熟。现阶段负极材料研究的主要方向如下:石墨化碳材料、无定型碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其他材料。


第一种是碳负极材料:目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。


第二种是锡基负极材料:锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。


第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料,目前也没有商业化产品。


第四种是合金类负极材料:包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金,目前也没有商业化产品。


第五种是纳米级负极材料:纳米碳管、纳米合金材料。


锂电池负极材料的作用及发展


锂电池负极材料的能量密度是影响锂电池能量密度的主要因素之一,锂电池的正极材料、负极材料、电解质、隔膜被称为锂电池的四个最核心材料。负极材料是锂离子电池储存锂的主体,使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。负极是电池放电时流出电子的一极,负极材料主要影响锂电池的首次效率、循环性能等,负极材料的性能也直接影响锂电池的性能,负极材料占锂电池总成本5~15%左右。


随着技术的进步,目前的锂离子电池负极材料已经从单一的人造石墨发展到了天然石墨、中间相碳微球、人造石墨为主,软碳/硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极材料共存的局面。


钜大特种电池工程研究院

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