有关锂离子电池负极存在的四大问题详解

1.负极重要在哪里？

锂离子电池负极重要性体现在哪里？锂离子电池的输出电压等于其正极电压和负极电压的差值，所以，锂离子电池负极的脱嵌锂电压决议了电池的输出电压（至少一半），负极作业电压越低，电池的作业电压就越高。

电池比容量由正极比容量和负极比容量一起决议，负极比容量至少在感觉上决议了电池比容量的一半。

电池实践可利用容量还和负极脱锂电压渠道歪斜程度有关，脱锂电压渠道越平，负极可利用容量就越高，电池的比容量也就越高。

假定正极容量为PmAh/g，负极容量为QmAh/g，电池的理论比容量x满意下式

2.质量比能量和电压之间的退让

严厉讲，这种退让不包括锂金属。锂金属作业电压0V，理论容量3862mAh/g，实践容量由活性物质利用率决议。

为何要退让？一般讲，现在的负极候选资料（不包括金属锂）具有一个根本特点便是容量越大活性电极资料，其脱锂电压渠道（或许均匀值）越高，例如，石墨类碳资料均匀脱锂电位为0.15V，实践容量为350mAh/g；Sn负极均匀脱锂电位为0.5V，理论容量为990mAh/g；Si负极均匀脱锂电位为0.45V，理论容量为4200mAh/g。Sn和Si的实践可利用容量，还不确认，终究由运用条件决议。

电池能量密度和比特性是均匀作业电压(正负极电压差)与质量比容量（或许体积比容量）的乘积决议，在以Si或许Sn代替碳基资料时，电池比容量增大量是否能补偿电池作业电压的下降，是要考虑的一个重要因素。一个简单的例子说明，假定正极为磷酸铁锂，其作业电压以3.45V计，容量以160mAh/g计；当与石墨碳(以0.15V，350mAh/g实践容量计)匹配时，1g磷酸铁锂匹配0.457g石墨碳，全电池理论比能量为(3.45-0.15)V*160mAh/1.457g=362.3mWh/g。

1g磷酸铁锂与Si负极匹配，Si负极按照0.45V和4200mAh/g核算，匹配后的全电池比能量为(3.45-0.45)V*160mAh/1.038g=462mWh/g。显着的，运用Si负极代替石墨碳负极以后，其容量新增能够补偿由于其脱锂电压升高导致的电池电压下降带来的影响。当然，这是理论的考虑，由于Si负极实践容量不或许达到其理论值。假定Si负极实践容量为p，要满意全电池比能量大于362.3mWh/g的条件，满意的联系式是

当然，上式仍是做了一点简化，未考虑Si负极电压与容量的联系，可是能够说明咱们目前要评论的目的。核算可得p至少要492.5mAh/g，换句话说，Si负极的实践容量要大于492.5mAh/g才干保证全电池的质量比特性不变差(和磷酸铁锂/石墨碳体系相比)。高容量C-Si复合负极资料的开发，也能够借鉴上述评论，粗略讲，C-Si复合负极在实践使用时其中的Si部分奉献的容量不能小于492.5mAh/g，不然就没有任何含义了。

这便是负极脱锂电压升高和可逆容量增大两个参数之间的退让联系。正由于这两个参数之间存在退让联系，这儿就直接忽略了钛酸锂、氮化物，由于二者的电压渠道实在是高，高得无法容忍。

3.复合负极资猜中的高锂化态

目前看来，单独以Si、Sn等完全代替石墨碳负极的或许性还不大；折衷方法是Si/C或许Sn/C复合负极的运用，广义的便是M/C复合负极。

M/C复合负极的一个最大问题是高锂化态的存在。高锂化态是必然存在的，这是由于M的均匀脱锂电压高于石墨碳的原因。高锂化态是针对M而言的，M的高锂化态会导致一些意想不到的难题。新制备的M/C复合物产品是无锂态，从无锂态到M的高锂化态，伴随着体积的剧烈改变，锂化后仍是否保持着开始的M和C的微观相互联系，关于循环稳定性十分重要；此外，还存在首次充放电库伦效率严峻低的问题，或许这能够选用预循环来解决，可是预循环办法会伴随着新的电池制作工艺开发。

4.负极研讨误区

关于锂离子电池，其电压不或许作业到0V；其比特性由正负极电压差、正负极容量一起确认；这在本征上决议了一些电压渠道不显着，或许即便显着可是高于1.0V的乃至是要从3.0V一向作业到0.0V的氧化物，不具有实践使用的或许。因此，目前一些有关具有上述特点的氧化物脱嵌锂的行为的研讨，没有任何含义，比方一些有关氧化铜、氧化铁等资料的脱嵌锂行为研讨，无任何含义。