鋰電池負極材料分類及要求

來源：存能電氣  日期：2019-04-23 11:05  瀏覽量：次

　　鋰電池負極材料分類及要求。鋰電池負極材料目前處于鋰離子電池產業中最關鍵的環節。按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。負極材料作為新能源汽車動力鋰電池的核心材料之一，對新能源汽車的最終性能起著至關重要的作用。

　　負極材料，是鋰電池在充電過程中，鋰離子和電子的載體，起著能量的儲存與釋放的作用。在電池成本中，負極材料約占了5%-15%,是鋰離子電池的重要原材料之一。

　　鋰電池負極材料需滿足以下要求

　　●鋰離子在負極基體中的插入氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的電位，從而使電池的輸入電壓高；

　　●在基體中大量的鋰能夠發生可逆插入和脫嵌以得到高容量；

　　●在插入/脫嵌過程中，負極主體結構沒有或很少發生變化；

　　●氧化還原電位隨Li的插入脫出變化應該盡可能少，這樣電池的電壓不會發生顯著變化，可保持較平穩的充電和放電；

　　●插入化合物應有較好的的電子電導率和離子電導率，這樣可以減少極化并能進行大電流充放電；

　　●主體材料具有良好的表面結構，能夠與液體電解質形成良好的SEI；

　　●插入化合物在整個電壓范圍內具有良好的化學穩定性，在形成SEI后不與電解質等發生反應；

　　●鋰離子在主體材料中有較大的擴散系數，便于快速充放電；

　　●從實用角度而言，鋰電池負極材料應具有較好的經濟性以及對環境的友好性。

　　鋰電池負極材料的類型

　　鋰離子電池的負極是由負極活性物質碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側，經干燥、滾壓而成。負極材料是鋰離子電池儲存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出。負極材料種類上，包括碳系負極、非碳性負極。從技術角度來看，未來鋰離子電池負極材料將會呈現出多樣性的特點。隨著技術的進步，目前的鋰離子電池負極材料已經從單一的人造石墨發展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。

　　鋰電池負極材料大概分為六種:碳負極材料、合金類負極材料、錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、納米級材料、納米負極材料。

　　第一種是碳納米級材料負極材料：目前已經實際用于鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。

　　第二種是合金類負極材料：包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金，目前也沒有商業化產品。

　　第三種是錫基負極材料：錫基負極材料可分為錫的氧化物和錫基復合氧化物兩種。氧化物是指各種價態金屬錫的氧化物。目前沒有商業化產品。

　　第四種是含鋰過渡金屬氮化物負極材料，目前也沒有商業化產品。

　　第五種是納米級材料：納米碳管、納米合金材料。

　　第六種納米負極材料：納米氧化物材料

　　鋰電池負極材料的分類

　　鋰電池負極材料分為2大類：碳材料和非碳質材料。碳材料負極進一步分類為天然石墨負極、人造石墨負極、中間相碳微球(MCMB)、軟炭(如焦炭)負極、硬炭負極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等;其他非碳負極材料主要分為硅基及其復合材料、氮化物負極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。

　　負極材料的發展是高比容量、高充放電效率、高循環性能和較低成本。負極是電池放電時流出電子的一極，負極材料主要影響鋰電池的首次效率、循環性能等，負極材料的性能也直接影響鋰電池的性能。