锂离子电池负极材料研究进展鲁明 11S009078VIP免费

锂离子电池负极材料研究进展鲁明11S009078摘要：二次锂离子电池是应用和开发前景最好的一种电源，改善和提高镡离子电池电化学性能的关键是选取充放电性能良好的正负极材料。本文综述了锂离子电池负极材料的研究进展，介绍了碳素材料、锡基负极材料和其他负极材料。指出了今后锂离子二次电池负极材料的发展方向。关键词：锂离子电池；负极材料；碳素材料；简介：现今，各种便携式电子产品的普及和发展中的电动汽车等对电池能源的能量密度、使用寿命等诸多方面提出了更高的要求。与其他二次电池相比，锂离子电池在性能上具有显著的优越性，比如工作电压高、能量密度高、循环寿命长以及无污染等。改善和提高锂离子电池性能的关键是选取充放电性能良好的正负极材料。其负极材料的研究目前主要集中在碳素材料和锡基负极材料上，另外其他一些新型材料的研究也取得了一定的进展。一碳素材料碳素材料主要有石墨类(天然石墨、改性石墨)、非石墨类(软碳、硬碳)及碳纳米材料。1.1石墨类石墨结晶度高，具有良好的层状结构，且比容量高(理论容量为372mAh／g)，不可逆容量低，首次充放电效率高(>80％)，电极电势较低，变化较小，且价格低廉。但石墨作为负极材料也存在许多缺点，例如，充放电循环过程中形成同体电解质界而膜(SEI膜)，与溶剂相容性差，不适应大电流充放电等，所以在实际中广泛应用的多是改性石墨。对石罢进行改性的方法很多，常见的有机械研磨、表面氧化、表衙包覆、掺杂等。C．Menachem等对石墨进行适度氧化(550℃空气中加热)来改善天然石墨的性能，使石墨的可逆容量达到405mAh／g。王勇等【l】利用原位聚合法把吡咯聚合在石罢表面，形成聚吡咯包覆石果复合物，测试表明，聚吡咯包覆石墨的首次充放电库仑效率、比容量、循环寿命及稳定性都比未包覆石墨好。周向阳等【2】在天然鳞片石墨(NFG)的表面沉积了直径约为100nm的Ag微粒作为锂离子电池负极，实验表明，沉积Ag处理后的NFG不仅在循环性能上得到了不同程度的改善，而且保持了石墨的平坦平台、电位低的优点。1.2非石墨类非石墨类碳材料主要分为软碳和硬碳两大类。软碳主要有针状焦、石油焦、碳纤维、非石墨化中间相炭微球等。其中碳纤维高倍率放电性能好，嵌锂可逆性好，容量较大，制造中直径不好控制；焦炭为无层构造，电压变化较倾斜，首次充放电有30％～40％的不可逆容量损失；中间相炭微球(MCMB)是研究最多的软炭负极材料，其单位体积嵌锂容量比较大，循环性好，而它存在的主要问题是比容量不高(低于300mAh／g)，首次循环效率偏低【3】。硬碳主要有树脂碳、有机聚合物热解碳、炭黑等。唐致远等【4】应用低温(<1000℃)裂解商品热固性酚醛树脂制备锂离子电池的炭负极材料(硬碳)，首次充放电的比容量随热解碳温度增加而减少，存在较大首次不可逆容量和电压滞后。1.3碳纳米材料碳纳米材料主要包括碳纳米管和碳材料的纳米掺杂。碳纳米管是高贮锂量的碳负极材料，吴国涛等用化学气相沉积法制备的纳米碳管作为锂离子电池负极活性物质，容量可达到700mAh／g，电极循环性能良好，但初次充放电效率低(42.16％)。最典型的碳材料的纳米掺杂是在碳材料中掺杂纳米状态的硅原子，Si嵌人锂时形成的Li^颢理论容量高达4200mAh／g。二锡基负极材料锡基负极材料主要包括金属锡电极、锡的氧化物、锡的复合氧化物、锡盐和锡的合金。2.1金属锡金属锡比容量相对碳材料有了很大提高，但首次充放电效率低，且随着充放电循环的继续，入嵌比容量下降2.2锡的氧化物锡的氧化物中用溶胶—凝胶法制备的SnOz可逆容量町达500mAh／g，但其循环性能不太理想。而用低压化学气相沉积法制备的SnO：可逆容量可高达500mAh／g以上，且循环性能比较理想【5】。氧化锡基材料可逆性与开始原料微粒大小、异原子与锡原子的比率、操作温度、操作电压范围等因素有关。高倍率放电时颗粒小的循环性能好。通过控制氧气和锡原子的数目可获得不同组成的snq，sn仉中z值不同时材料的可逆容量和不可逆容量损失有所不同。向氧化亚锡中加人磷、锰元素，在700℃下制备出的SnMn帖P04不可逆容量低。向氧化锡中掺入摩尔分数为5％的Si约可增加可逆容量30％，而向氧化锡中掺入一定比例的Mo也可...