电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
锂电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。
▼碳负极材料
在实际的使用中，锂电池的碳负极材料基本上是这几种碳素材料：人工石墨、天然石墨、石油焦以及碳纤维等。
▼锡基负极材料
锡基负极材料一般情况下可以分为两种，一种是锡的氧化物，而另一种就是锡基复合氧化物了。锡的氧化物一般是指各种价态的金属锡的氧化物。
▼含锂过渡金属氮化物负极材料
这一种负极材料还处在研究阶段，目前还没有以其作为负极材料的商业化锂电池产品出现。
▼合金类负极材料
锂电池合金类的负极材料，种类还是有很多的，其中包括有锡基合金、硅基合金、铝基合金等众多类型的合金，不过合金类的负极材料也还没有形成大批量的规模加工，还在进一步研发中。
▼纳米级负极材料
纳米级的负极材料，能将更微小的其它材料添加到往日传统的负极材料中，以此能极大的提高锂电池的充放电量和充放电次数。
选择负极材料的选用原则
高能量比：相关于锂电极的电极电位要更低；可逆性好：充放电反应的可逆性好；兼容性好：与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小：最好是小于10m2/g，真密度高：要大于2.0g/cm3；稳定性好：镶嵌锂的过程中尺寸和机械稳定性能好。
在地球上的资源分布要丰富，这样才能更降低公司制作锂电池的成本。倘若裸露于空气中，也能确保材料稳定、无毒副用途，不会对锂电池的使用者造成威胁。
锂电池紧要负极材料有锡基材料、锂基材料、钛酸锂、碳纳米材料、石墨烯材料等。锂电池负极材料的能量密度是影响锂电池能量密度的紧要因素之一，锂电池的正极材料、负极材料、电解质、隔膜被称为锂电池的四个最核心材料。下面我们简单解析一下各类负极材料的性能指标、优缺点及可能的改进方向。
碳纳米管
碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料，自身具有优良的导电性能，同时由于其脱嵌锂时深度小、行程短，作为负极材料在大倍率充放电时极化用途较小，可提高电池的大倍率充放电性能。
然而，碳纳米管笔直作为锂电池负极材料时，会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不分明等问题。如Ng等采用简单的过滤制备了单壁碳纳米管，将其笔直作为负极材料，其首次放电容量为1700mAh/g，可逆容量仅为400mAh/g。
碳纳米管在负极中的另一个使用是与其他负极材料（石墨类、钛酸锂、锡基、硅基等）复合，利用其神奇的中空结构、高导电性及大比表面积等优势作为载体改善其他负极材料的电性能。如郭等采用化学气相沉积法，在膨胀石墨的孔洞中原位生长碳纳米管，合成了膨胀石墨/碳纳米管复合材料，其首次可逆容量为443mAh/g，以1C倍率充放电循环50次后，可逆容量仍可达到259mAh/g。碳纳米管的中空结构及膨胀石墨的孔洞，供应了大量的锂活性位，而且这种结构能缓冲材料在充放电过程中出现的体积效应。
石墨烯
2004年英国Manchester大学研究者首次发现石墨烯材料，并获得诺贝尔奖。石墨烯是一种由碳六元环形成的新型碳材料，具有很多优异的性能，如大比表面（约2600m2g-1）、高导热系数（约5300Wm-1K-1）、高电子导电性（电子迁移率为15000cm2V-1s-1)和良好的机械性能，被作为锂电池材料而备受关注。
石墨烯笔直作为锂电池负极材料时，具有非常可观的电化学性能。实验室曾采用水合肼作为还原剂、制备了丛林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和软碳特性，且在高于0.5V电压区间，表现出电容器的特性。
石墨烯负极材料在1C放电倍率下，首次可逆容量为650mAh/g，100次充放电循环后容量仍可达到460mAh/g。石墨烯还可作为导电剂，与其他负极材料复合，提高负极材料的电化学性能。如Zai等采用超声分散法制备了Fe3O4/石墨烯复合材料，在200mA/g的电流密度下放电，经过50次循环后，容量为1235mAh/g；在5000和10000mA/g电流密度下放电，经过700次循环后，容量分别能达到450mAh/g和315mAh/g，表现出较高的容量和良好的循环性能。
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