锂离子电池正极材料的发展方向

锂离子电池正极材料

1)钛酸锂

尖晶石型钛酸锂被认为是一种具有以下优点的阴极材料:

1)脱锂前后钛酸锂几乎零应变;

2)嵌入锂具有高电位(1.55v)，防止出现锂枝晶，安全性高;

3)具有非常平坦的电压平台;

4)化学扩散系数高，库仑效率高。

钛酸锂的许多优点决定了它具有优异的循环性能和较高的安全性，但其电导率不高，大电流充放电衰减的能力严重，通常采用表面改性或掺杂来提高其电导率。

(2)硅基材料

作为理想的锂离子电池正极材料，硅具有以下优点:硅可以与锂形成Li4.4Si合金，锂的理论存储容量高达4200mAh/g(比石墨容量的10倍以上);硅的嵌入锂电势(0.5v)略高于石墨，因此充电时很难形成锂枝晶。硅与电解质的反应活性较低，不会发生有机溶剂共包埋。

碳纳米管

碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料，具有良好的导电性。同时，由于脱锂时深度小，行程短，作为负极材料，在大倍率充放电时极化效应小，可以提高锂离子电池大倍率充放电性能。但当碳纳米管直接用于锂离子电池正极材料时，会出现不可逆容量大、电压滞后、放电平台不明显等问题。

碳纳米材料(碳纳米管和石墨烯)具有比表面积、高导电性和化学稳定性等优点，在新型锂离子电池中具有潜在的应用前景。

(4)软碳

软碳，可在高温(>-2500℃)下石墨化的非晶碳。软碳材料的突出优点是可逆比容量高，一般大于300mAh/g，与有机溶剂的相容性更好，所以锂离子电池循环稳定性好，更适合高电流密度的锂离子电池充放电。软碳是指能在2500℃以上高温下石墨化的非晶碳。

硅烯作为锂离子电池正极材料的优点

硅烯是一种通过分子束外延和固相反应制备的多孔层状硅材料。由于硅烯中硅原子间的键长远大于石墨烯中碳原子间的键长，所以硅烯中原子的排列具有扭曲的排列结构。

与传统钻石结构的硅材料相比,硅宾的层间耦合效应是范德华力,为锂离子供应空间之间插入层,确保结构的硅宾不是毁在充电和放电过程中,从而防止问题的电极在充放电过程中体积膨胀的传统硅电极材料。硅烯阳极材料的稳定性和循环次数可大大提高。与石墨相比，多层硅烯的晶格常数更大，其理论容量可达到石墨的三倍左右。

另外，固相法制备的硅烯中的硅原子和钙原子交替排列成形成层状结构，通过局部化学插层去除钙原子，得到无衬底的硅烯。该方法制备的硅烯作为锂离子电池的负极，具有硅基材料容量大、石墨材料循环特性好等优点，已成为极具潜力的锂离子电池负极材料。

随着先进材料和全电动汽车的发展，锂离子电池的能量密度也在不断新增。硅具有良好的比容量，是理想的阴极材料。

结论:近年来，锂离子电池正极材料正朝着高比容量、长循环寿命、低成本的方向发展。随着锂离子电池应用场景和市场的不断扩大，未来锂离子电池作为储能电池的市场应用前景将更加广阔。