詳細分析了鋰離子電池電極材料的選擇

鋰離子電池在使用過程中可以充電，屬于二次可充電電池的一種。其重要工作原理是鋰離子在正負電極之間的反復運動。無論電池的形狀如何，其重要成分是電解質(zhì)、正極、負極和膜。目前，國際鋰離子電池的生產(chǎn)重要集中在我國、日本和韓國，重要用于手機和電腦的鋰離子應用市場。隨著鋰離子電池的不斷發(fā)展，其應用領域也逐漸擴大，陰極材料的使用也由單一向多樣化轉(zhuǎn)變，包括:橄欖石磷酸亞鐵鋰、層狀鋰鈷酸鋰、尖晶石錳酸鋰等，實現(xiàn)了多種材料的共存。

從技術的發(fā)展可以看出，未來會有更多新的陰極材料被生產(chǎn)出來。電力電池正極材料對成本、安全性能、循環(huán)容量和能量密度都有嚴格的要求。在應用材料領域，氧化鋰鈷因其成本高、安全性低，通常適用于普通消費電池的特定用途，難以滿足動力鋰電池的相關要求。以上所列的其他材料已被充分利用在目前的動力鋰電池中。在鋰離子電池材料中，負極材料是一個重要的組成部分，它對整個電池的性能有很大的影響。目前，陽極材料重要分為兩大類:一類是商業(yè)應用的碳材料，如天然石墨和軟碳;另一類是非碳陽極材料，如硅基材料、合金材料、錫金材料等。

1碳負極材料:碳負極材料是一種能量密度、循環(huán)容量、成本投入均衡的負極材料，也是促進鋰離子電池誕生的重要材料。碳材料可分為兩類，即石墨化碳材料和硬碳材料。其中，前者重要包括人造石墨和天然石墨。人造石墨的形成過程如下:軟碳材料經(jīng)過2500℃以上的石墨化處理后，MCMB是一種常用的人造石墨，具有球形結(jié)構(gòu)和光滑的表面紋理，直徑約5-40nm。由于表面光滑度的影響，電極表面與電解質(zhì)之間的反應概率降低，從而降低了不可逆容量。同時，球形結(jié)構(gòu)可以方便鋰離子在任何方向的嵌入和噴射，可以促進結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。天然石墨也有許多優(yōu)點，如結(jié)晶度高，可嵌入位置多，價格低廉，是鋰離子電池的理想材料。但也存在一些缺點，如與電解液反應的相容性差，破碎過程中表面缺陷較多，對充放電性能有很大的負面影響。

此外，硬碳的形成過程如下:在2500℃下難以石墨化的碳材料重要是高分子化合物的熱解碳。從高倍顯微鏡下可以看到，它們是由許多納米晶顆粒組成的，整體呈花簇狀，如圖1所示。表面含有大量納米醇的非晶區(qū)，其容量遠遠大于石墨的標準容量，對循環(huán)能力有很大的負面影響。