锂离子电池之锂电池石墨负极材料要求以及金属锂硅碳负极材料介绍

锂离子电池负极材料的选择要求

1. 锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高。

2. 在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插,以得到高容量密度,即可逆的x值尽可能大

3. 在整个插入/脱插过程中,锂的插入和脱插应可逆,且主体结构没有或很少发生变化,从而确保良好的循环性能

4. 氧化还原电位随x的变化应尽可能小,保持较平稳的充电和放电

5. 插入化合物应有较好的电子电导率（σ e）和离子电导率（σ Li⁺）,这样可减少极化,并能进行大电流充放电

6. 主体材料具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的SEI(solid-electrolyte interface)膜

7. 插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性,在形成SEI膜后不与电解质等发生反应

8. 锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电

9. 从用实用角度,主体材料应该便宜,对环境无污染

负极材料分类

• 金属锂负极材料

• 碳基负极材料

• 硅基负极材料

• 锡基负极材料

• 锗基负极材料

• 钛酸锂负极材料

金属锂负极材料

优点：

• 金属锂的结构特点：体心立方结构（bcc）、离子半径：0.76A。

• 原子质量：6.941 ，密度：0.534 g/cm3

• 标准电极电位：-3.04V vs. SHE

• 高的理论比容量 3860 mA·h/g

不足之处：

• 低熔点：180.54℃，锂枝晶生长造成的安全问题！

• 锂与电解液反应产物包覆锂，使之与与负极失去电接触，形成弥散态