有關(guān)鋰離子電池負極材料特性以及發(fā)展現(xiàn)狀分析

隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如鋰離子電池負極材料。負極材料作為新能源汽車動力鋰電池的核心材料之一，對新能源汽車的最終性能起著至關(guān)重要的用途。高性能負極材料的研究成為當前鋰離子動力鋰電池最為活躍的板塊之一。

一、鋰離子電池

鋰離子電池是可充電二次電池，主要由五個重要部分組成：正極，負極，電解質(zhì)，隔膜和集電器。正極和負極材料的重要功能是允許鋰離子自由地提取/插入，從而實現(xiàn)充電和放電功能。在充電過程中，鋰離子從正極材料中提取出來，并通過電解質(zhì)插入相應(yīng)的負極材料中。同時，電子通過外部電路從正極流出，流向負極。當鋰離子電池放電時，鋰離子會從負極中抽出，并通過電解質(zhì)重新嵌入正極材料中。同時，電子通過外部電路從負電極流向正電極。

二、負極材料

鋰離子電池負極材料目前是鋰離子電池行業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。根據(jù)鋰離子電池的成本比例，負極材料占鋰離子電池總成本的25%至28%。與鋰離子電池正極材料有關(guān)，對負極材料的研究方興未艾。理想的負極材料必須至少具有以下七個條件：化學勢低，與正極材料形成大的電勢差，從而獲得高功率電池;它應(yīng)具有較高的循環(huán)比容量; Li +應(yīng)該易于嵌入負極材料中。庫侖效率高，因此在Li +脫嵌過程中可以具有相對穩(wěn)定的充放電電壓;具有良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率;它具有良好的穩(wěn)定性，并與電解質(zhì)兼容。性別;原料來源應(yīng)資源豐富，價格低廉，制造工藝簡單。安全，綠色，無污染。

1.碳材料

碳陽極是一個通用術(shù)語，通?？梢苑譃槲孱悾菏蔡?，軟碳，碳納米管和石墨烯。 石墨可分為人造石墨，天然石墨，中碳微球。 石墨具有層間距為0.335nm的層狀堆疊結(jié)構(gòu)。 同一層中的碳原子與sp2雜化以形成共價鍵，而石墨層則通過范德華力進行結(jié)合。 在每一層上，碳原子排列成六元環(huán)，并在二維上無限延伸。 石墨的這種層狀結(jié)構(gòu)可以容易地插入和提取鋰離子，并且其結(jié)構(gòu)在充電和放電期間可以是穩(wěn)定的。 然而，石墨負極材料也具有某些缺陷。 它在充電和放電過程中容易與電解質(zhì)反應(yīng)形成SEI膜，這使鋰離子電池的首次庫倫效率降低。

2.天然石墨負極

天然石墨負極由天然石墨加工而成。 國內(nèi)石墨資源儲量和產(chǎn)量豐富，開采成本低。 天然石墨具有比較完整的石墨片結(jié)構(gòu)和高石墨化度，適合于鋰離子的脫嵌和穿梭。 缺點是未改性的天然石墨循環(huán)性能差。 常見的解決方案是使其呈球形，以減小天然石墨的粒徑和比表面積，這將減少循環(huán)過程中天然石墨負極與溶劑的副反應(yīng)。 第二種是構(gòu)建通常經(jīng)過修飾的核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)。球形天然石墨的表面涂有一層薄薄的非石墨化碳材料(例如瀝青)，以提高負極材料在碳納米管中的穩(wěn)定性。

3.人造石墨負極

人造石墨負極由碳材料加工而成。 它是由易石墨化的軟碳材料經(jīng)2500℃以上的高溫石墨化處理制成的。 此時，碳材料內(nèi)部的二次粒子以無規(guī)的方式排列，并且具有大量的孔結(jié)構(gòu)。 這有利于電解質(zhì)的滲透以及在鋰離子負極中的脫嵌和穿梭。 因此，人造石墨負極材料可以增加和增加鋰離子電池的快速充放電速度和頻率。 人造石墨具有長周期，高溫儲存，高速率的優(yōu)點以及天然石墨所不具有的其他優(yōu)點。 中國新能源汽車動力鋰離子電池中使用的負極材料目前主要是人造石墨負極。

三、展望

隨著鋰離子電池應(yīng)用場景和市場的不斷擴大，未來負極材料將朝著高容量密度，低成本和長周期的方向發(fā)展。 現(xiàn)在，全球鋰離子電池制造行業(yè)正在向中國傾斜。 我國相應(yīng)的鋰離子電池負極材料產(chǎn)量的比重將進一步提高，品種將更加豐富和多樣化。 隨著電動汽車用鋰離子電池技術(shù)的進一步成熟和發(fā)展，鋰離子電池作為儲能電池的市場應(yīng)用前景將在未來更加廣闊。