锂离子电池的负极资料有哪些？

时间: 2024-10-01 18:56:51 |   作者: 家居及玩具

  负极，因而锂离子电池的研讨开发，很大程度上便是负极嵌锂化合物的研讨开发。

  作为锂离子电池的负极资料，所一定要具有的条件是：(1) 低的电化当量；(2) 锂离子的脱嵌简单且高度可逆；(3) Li+的扩散系数大；(4) 有较好的电子导电率；(5) 热安稳及其电解质相容性较好，简单制成适用电极。

  现在，锂离子电池的负极资料主要有碳素资料和非碳资料两大类，已实践用于锂离子电池的负极资料大多数都是碳素资料，如人工石墨、天然石墨、中心相碳微球(MCMB)、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等，此外，人们也在活跃研讨开发非碳负极资料。

  碳资料依据其结构特性可分红两类：易石墨化碳及难石墨化碳，也便是一般所说的软碳和硬碳资料。一般硬碳的晶粒较小，晶粒取向不规则，密度较小，外表多孔，晶面距离(d002)较大，一般在0.35～0.40nm，而软碳则为0.35nm左右。

  软碳主要有碳纤维、碳微球、石油焦等。软碳主要有碳纤维、碳微球、石油焦等。其间，一般石油焦的比容量较低，约为160 mAh·g-1，循环功能较差，对石油焦(国产)等经过改性处理，可使比容量提高到250 mAh·g-1，而且具有比较好的循环功能。硬碳中主要有树脂碳，有机聚合物(PVA、PVC、PVDF、PAN等)热解碳以及碳黑(如乙炔黑)等。

  与非石墨化碳资料比较，石墨导电性好，结晶度较高，具有十分杰出的层状结构，更适合Li离子的脱/嵌，构成LiC6锂-石墨层间刺进化合物Li-GIC。

  石墨资料最重要的包括人工石墨和天然石墨两大类。人工石墨是将易石墨化碳(软碳)经高温石墨化处理制得。作为锂离子电池负极资料的人工石墨类资料主要有石墨化中心相碳微球、石墨纤维及其他各种石墨化碳等。

  含锂过渡金属氮化物是在氮化锂Li3N高离子导体资料(电导率为102·cm-1)的研讨基础上发展起来的，可分为反CaF2型和Li3N型两种，代表性的资料分别为Li3-xCoxN和Li7MnN4。Li3-xCoxN归于Li3N型结构锂过渡金属氮化物(其通式为Li3-xMxN，M为Co、Ni、Cu等)，该资料比容量高，可到达900 mAh·g-1，没有不可逆容量，充放电均匀电压为0.6V左右，一起也可以与不能供给锂源的正极资料匹配组成电池。

  Li7MnN4归于反CaF2型结构锂过渡金属氮化物(其通式为Li2n-1MNn，M代表过渡金属)，比容量较低，约为200 mAh·g-1，但循环功能好，充放电电压平整，没有不可逆容量，特别是这样一种资料作为锂离子电池负极时，还可以运用不能供给锂源的正极资料与其匹配组成电池。

  TiS2、MoS2等硫化物也可作锂离子电池的负极资料，可与LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等4V级正极资料匹配组成电池。这类电池电压较低，如以TiS2为负极，LiCoO2为正极组成电池，电压为2V左右，其循环功能较好，可到达500次。