有关锂离子动力锂电池负极材料的概述

锂离子动力锂电池负极材料的概述

负极材料是锂离子和电子在电池充电过程中的载体，起着能量储存和释放的用途。阴极材料约占电池成本的5%-15%，是锂离子电池的重要原料之一。

锂离子电池负极材料全球销量约10万吨，重要产自我国和日本。根据目前新能源汽车的上升趋势，对阴极材料的需求也将呈现持续上升的状态。目前，世界上锂离子电池正极材料仍以天然/人工石墨为主，介相碳微球(MCMB)、钛酸锂、硅基正极、HC/SC、金属锂等新型正极材料也在迅速发展。

作为锂离子包埋载体，阴极材料应满足以下要求:

插入负极矩阵的锂离子的氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的氧化还原电位，使电池的输入电压高。

在基体中大量的锂可以可逆地插入和脱嵌以获得高容量。

在插入/脱嵌过程中，负极的重要结构基本没有变化。

随着Li的插入和释放，氧化还原电位的变化要尽可能的小，这样电池的电压变化就不会太大，充放电也能保持稳定。

所插入的化合物应具有较好的导电性和离子导电性，以减少极化，实现大电流充放电。

重要材料具有良好的表面结构，能与液体电解质形成良好的SEI。

所插入的化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在SEI形成后不会与电解质发生反应。

锂离子在主材料中具有较大的扩散系数，便于快速充放电。

从实用的角度来看，这种材料应该具有更好的经济性和对环境的友好性。

Dicarbon阳极材料

下图是常用碳阳极材料的分类。

2.1石墨阳极

石墨，英文名石墨，手感柔软、油腻，是一种非金属矿物，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、抗热震、强度强、韧性好、自润滑强度高、导热性好、导电性强等独特的物理化学性质。

石墨具有许多优异的性能，因此广泛应用于冶金、机械、电气、化工、纺织、特种等工业部门，如石墨模具、石墨电极、石墨耐火材料、石墨润滑材料、石墨密封材料等。我国是世界上石墨储量最丰富的国家，也是世界上最大的石墨生产国和出口国，在世界石墨工业中占有重要地位。据国土资源部统计，我国水晶石墨储量为3085万吨，基本储量为5280万吨。隐晶质石墨储量1358万吨，基本储量2371万吨。

理想的石墨具有层状结构，其中SP2的碳原子形成一个类似苯环的巨大平面。层间碳原子间的键长为0.142nm，键角为120。这些层之间也有一个连接所有碳原子的大键。中间层为0.3354nm。两种晶体类型:六角系统-2h(a)和菱角水晶系统-3r(b)Ø2晶体结构可以相互转换:研磨和供暖。

锂的石墨包埋机理

石墨的理论容量为372mAh/g，当然，只有很高的石墨化率的材料才能达到这个值。然而，所有的碳材料在第一次充放电后都会由于副反应而出现不可逆的容量损失。随着负极电势的减小，电解液中的成分停止，直至在负极表面形成稳定的钝化膜(SEI)。第一次放电出现了4个电压平台(如下图所示)，其中A为SEI的形成，大部分石墨容量在0.3~0.005v之间。除了A，不同的电压平台对应不同的锂嵌入状态，分别称为四阶和三阶化合物。最终形成理论容量为372mAh/g的LiC6，晶体表面间距为0.37。(从书刊上看，不懂喷剂!)