锂离子电池负极材料的研究进展.docx

锂离子电池负极材料的研究进展摘  要: 随着时代的进步,能源与人类社会的生存和发展密切相关,持续发展是全人类的、共同愿望与奋斗目标。矿物能源会很快枯竭,解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染是对国家经济和安全的挑战也是对科学技术界地挑战。电池行业作为新能源领域的重要组成部分,已经成为全球经济发展的一个新热点本文阐述了锂离子负极材料的基本特性,综述了碳类材料、硅类材料以及这两种材料形成的复合材料作为锂离子电池负极材料的研究及开发应用现状。  关键词:锂离子电池   负极材料   碳/硅复合材料   引 言: 电极是电池的核心,由活性物质和导电骨架组成正负极活性物质是产生电能的源泉,是决定电池基本特性的重要组成部分。本文就锂离子电池的负极材料进行研究。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池。它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点,而且污染小,符合环保要求。随着技术的进步,锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天、生物医学工程等领域,因此,研究与开发动力用锂离子电池及其相关材料有重大意义。对于动力用锂离子电池而言,关键是提高功率密度和能量密度,而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料, 特别是负极材料的改善。   1、锂离子负极材料的基本特性  锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池负极材料应具备以下几个条件:  (1)  应为层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌且在锂离子嵌入和脱出时无结构上的变化,以使电极具有良好的充放电可逆性和循环寿命; (2)  锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出,以使电极具有较高的可逆容量。在锂离子的脱嵌过程中,电池有较平稳的充放电电压;  (3)  首次不可逆放电比容量较小;  (4)  安全性能好;  (5)  与电解质溶剂相容性好;  (6)  资源丰富、价格低廉;  (7)  安全、不会污染环境。  现有的负极材料很难同时满足上述要求。因此,研究和开发新的电化学性能更好的负极材料成为锂离子电池研究领域的热门课题。 2、选材要求 一般来说,锂离子电池负极材料的选择主要要遵循以下原则:1、插锂时的氧化还原电位应尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高;2、锂能够尽可能多地在主体材料中可逆的脱嵌,比容量值大;3、在锂的脱嵌过程中,主体结构没有或很少发生变化,以确保好的循环性能;4、氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能的少,这样电池的电压不会发生显著变化,可以保持较平稳的充放电:5、 插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率,这样可以减少极化并能进行大电池充放电;6、具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面膜;7、锂离子在主体材料有较大的扩散系数,便于快速的充放电;8、价格便宜,资源丰富 对环境无污染 3、负极材料的主要类型 用作锂离子电池负极材料的种类繁多,根据主体相的化学组成可以分为金属类负极材料、无机非金属类负极材料及金属-无机非金属复合负极材料。 (1)金属类负极材料:这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳,金属锂在锂二次电池中并未得到应用。目前金属单质还不具有直接用作锂离子电池负极材料的可行性。锂合金的出现在一定程度上解决了金属锂负极可能存在的安全隐患,但是锂合金在反复的循环过程中经历了较