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(chǎn)業(yè)中最關鍵的環(huán)節(jié)。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(fā)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(fā)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(fā)生顯著變化，可保持較平穩(wěn)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(nèi)具有良好的化學穩(wěn)定性，在形成SEI后不與電解質等發(fā)生反應；

　　●鋰離子在主體材料中有較大的擴散系數(shù)，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(jīng)濟性以及對環(huán)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(jīng)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(xiàn)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(jīng)從單一的人造石墨發(fā)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(jīng)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(yè)化產(chǎn)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(tài)金屬錫的氧化物。目前沒有商業(yè)化產(chǎn)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(yè)化產(chǎn)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(fā)展是高比容量、高充放電效率、高循環(huán)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(huán)性能等，負極材料的性能也直接影響鋰電池的性能。