浅析锂离子电池电极材料的选择

详细分析了锂离子电池电极材料的选择

锂离子电池在使用过程中可以充电，属于二次可充电电池的一种。其重要工作原理是锂离子在正负电极之间的反复运动。无论电池的形状如何，其重要成分是电解质、正极、负极和膜。目前，国际锂离子电池的生产重要集中在我国、日本和韩国，重要用于手机和电脑的锂离子应用市场。随着锂离子电池的不断发展，其应用领域也逐渐扩大，阴极材料的使用也由单一向多样化转变，包括:橄榄石磷酸亚铁锂、层状锂钴酸锂、尖晶石锰酸锂等，实现了多种材料的共存。

从技术的发展可以看出，未来会有更多新的阴极材料被生产出来。电力电池正极材料对成本、安全性能、循环容量和能量密度都有严格的要求。在应用材料领域，氧化锂钴因其成本高、安全性低，通常适用于普通消费电池的特定用途，难以满足动力锂电池的相关要求。以上所列的其他材料已被充分利用在目前的动力锂电池中。在锂离子电池材料中，负极材料是一个重要的组成部分，它对整个电池的性能有很大的影响。目前，阳极材料重要分为两大类:一类是商业应用的碳材料，如天然石墨和软碳;另一类是非碳阳极材料，如硅基材料、合金材料、锡金材料等。

1碳负极材料:碳负极材料是一种能量密度、循环容量、成本投入均衡的负极材料，也是促进锂离子电池诞生的重要材料。碳材料可分为两类，即石墨化碳材料和硬碳材料。其中，前者重要包括人造石墨和天然石墨。人造石墨的形成过程如下:软碳材料经过2500℃以上的石墨化处理后，MCMB是一种常用的人造石墨，具有球形结构和光滑的表面纹理，直径约5-40nm。由于表面光滑度的影响，电极表面与电解质之间的反应概率降低，从而降低了不可逆容量。同时，球形结构可以方便锂离子在任何方向的嵌入和喷射，可以促进结构的稳定性。天然石墨也有许多优点，如结晶度高，可嵌入位置多，价格低廉，是锂离子电池的理想材料。但也存在一些缺点，如与电解液反应的相容性差，破碎过程中表面缺陷较多，对充放电性能有很大的负面影响。

此外，硬碳的形成过程如下:在2500℃下难以石墨化的碳材料重要是高分子化合物的热解碳。从高倍显微镜下可以看到，它们是由许多纳米晶颗粒组成的，整体呈花簇状，如图1所示。表面含有大量纳米醇的非晶区，其容量远远大于石墨的标准容量，对循环能力有很大的负面影响。