鋰離子電池負(fù)極材料是鋰離子電池的重要組成部分,負(fù)極材料的組成和結(jié)構(gòu)對鋰離子電池的電化學(xué)性能具有決定性的影響。從鋰離子電池的發(fā)展簡史看,負(fù)極材料的發(fā)展促使鋰離子電池進(jìn)入商業(yè)化階段。*初的鋰電池采用的是金屬鋰為負(fù)極材料,但金屬鋰在充放電時(shí)容易產(chǎn)生鋰枝晶而導(dǎo)致起火或爆炸等**性問題。
目前已經(jīng)實(shí)際用于鋰離子電池的負(fù)極材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。錫基負(fù)極材料,錫基負(fù)極材料可分為錫的氧化物和錫基復(fù)合氧化物兩種。氧化物是指各種價(jià)態(tài)金屬錫的氧化物。目前沒有商業(yè)化產(chǎn)品。 含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料,目前也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。合金類負(fù)極材料,包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金 ,目前也沒有商業(yè)化產(chǎn)品。 納米級(jí)負(fù)極材料:納米碳管、納米合金材料。
無定形碳材料因?yàn)橹聘鳒囟群艿?,石墨化過程進(jìn)行得很不完全,得到的碳材料主要由石墨微晶和無定形區(qū)組成。通常,無定形碳材料可主要通過將小分子有機(jī)物進(jìn)行催化裂解:將高分子材料直接低溫裂解;低溫處理其它碳前驅(qū)體等3種方法制得。采用以上原料和方法制備的無定形碳材料,其微晶尺寸一般比石墨微晶小2-3個(gè)數(shù)量級(jí),且材料中古有大量納微米孔隙,所以它的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和**嵌/脫鋰比容量要比石墨的要大。但是,由于它的晶體化程度比較低、結(jié)構(gòu)不規(guī)整,鋰離子從碳材料中嵌入,脫出時(shí)的極化較大,且材料比表面積也很大.因此,無定形碳材料的嵌,脫鋰時(shí),沒有明顯的電壓平臺(tái),電壓滯后明顯,且不可逆容量損失較大,**效率較低,循環(huán)穩(wěn)定性很差。
氧化石墨(Gmpjlite Oxide,GO)是指石墨在強(qiáng)氧化劑的作用下被氧化,氧原子進(jìn)入到石墨層間,使碳平面上的大Ⅱ鍵斷裂,并以C-OH、C=O、-COOH等官能團(tuán)的形式與密實(shí)的碳平面內(nèi)的碳原子結(jié)合而形成的共價(jià)鍵型石墨層間化合物。氧化石墨仍然會(huì)保持著石墨的層狀結(jié)構(gòu),但石墨材料的致密結(jié)構(gòu)因氧化劑分子的插入而變得膨脹疏松,層間距一般大于0.6mn. 。這些微孔的出現(xiàn)對不完全氧化改性石墨負(fù)極而言是有利于增大材料的儲(chǔ)鋰容量及增加鋰離子的進(jìn)出通道的。但碳平面內(nèi)大∏鍵的破壞會(huì)使得GO不再具備導(dǎo)電性,且較多含氧官能目的出現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致更多的不可逆容量損失,因此,欲通過氧化的方法得到較理想的氧化石墨負(fù)極材料,就需要適當(dāng)控制石墨被氧化的程度。