有关锂离子电池负极材料特性以及发展现状分析

随着全球多样化的发展，我们的生活也在不断变化着，包括我们接触的各种各样的电子产品，那么你一定不知道这些产品的一些组成，比如锂离子电池负极材料。负极材料作为新能源汽车动力锂电池的核心材料之一，对新能源汽车的最终性能起着至关重要的用途。高性能负极材料的研究成为当前锂离子动力锂电池最为活跃的板块之一。

一、锂离子电池

锂离子电池是可充电二次电池，主要由五个重要部分组成：正极，负极，电解质，隔膜和集电器。正极和负极材料的重要功能是允许锂离子自由地提取/插入，从而实现充电和放电功能。在充电过程中，锂离子从正极材料中提取出来，并通过电解质插入相应的负极材料中。同时，电子通过外部电路从正极流出，流向负极。当锂离子电池放电时，锂离子会从负极中抽出，并通过电解质重新嵌入正极材料中。同时，电子通过外部电路从负电极流向正电极。

二、负极材料

锂离子电池负极材料目前是锂离子电池行业中最关键的环节。根据锂离子电池的成本比例，负极材料占锂离子电池总成本的25%至28%。与锂离子电池正极材料有关，对负极材料的研究方兴未艾。理想的负极材料必须至少具有以下七个条件：化学势低，与正极材料形成大的电势差，从而获得高功率电池;它应具有较高的循环比容量; Li +应该易于嵌入负极材料中。库仑效率高，因此在Li +脱嵌过程中可以具有相对稳定的充放电电压;具有良好的电子电导率和离子电导率;它具有良好的稳定性，并与电解质兼容。性别;原料来源应资源丰富，价格低廉，制造工艺简单。安全，绿色，无污染。

1.碳材料

碳阳极是一个通用术语，通常可以分为五类：石墨，硬碳，软碳，碳纳米管和石墨烯。 石墨可分为人造石墨，天然石墨，中碳微球。 石墨具有层间距为0.335nm的层状堆叠结构。 同一层中的碳原子与sp2杂化以形成共价键，而石墨层则通过范德华力进行结合。 在每一层上，碳原子排列成六元环，并在二维上无限延伸。 石墨的这种层状结构可以容易地插入和提取锂离子，并且其结构在充电和放电期间可以是稳定的。 然而，石墨负极材料也具有某些缺陷。 它在充电和放电过程中容易与电解质反应形成SEI膜，这使锂离子电池的首次库伦效率降低。

2.天然石墨负极

天然石墨负极由天然石墨加工而成。 国内石墨资源储量和产量丰富，开采成本低。 天然石墨具有比较完整的石墨片结构和高石墨化度，适合于锂离子的脱嵌和穿梭。 缺点是未改性的天然石墨循环性能差。 常见的解决方案是使其呈球形，以减小天然石墨的粒径和比表面积，这将减少循环过程中天然石墨负极与溶剂的副反应。 第二种是构建通常经过修饰的核-壳复合结构。球形天然石墨的表面涂有一层薄薄的非石墨化碳材料(例如沥青)，以提高负极材料在碳纳米管中的稳定性。

3.人造石墨负极

人造石墨负极由碳材料加工而成。 它是由易石墨化的软碳材料经2500℃以上的高温石墨化处理制成的。 此时，碳材料内部的二次粒子以无规的方式排列，并且具有大量的孔结构。 这有利于电解质的渗透以及在锂离子负极中的脱嵌和穿梭。 因此，人造石墨负极材料可以增加和增加锂离子电池的快速充放电速度和频率。 人造石墨具有长周期，高温储存，高速率的优点以及天然石墨所不具有的其他优点。 中国新能源汽车动力锂离子电池中使用的负极材料目前主要是人造石墨负极。

三、展望

随着锂离子电池应用场景和市场的不断扩大，未来负极材料将朝着高容量密度，低成本和长周期的方向发展。 现在，全球锂离子电池制造行业正在向中国倾斜。 我国相应的锂离子电池负极材料产量的比重将进一步提高，品种将更加丰富和多样化。 随着电动汽车用锂离子电池技术的进一步成熟和发展，锂离子电池作为储能电池的市场应用前景将在未来更加广阔。