鋰離子電池的能量密度（170Wh/kg），約為傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的3～4倍，使其在動(dòng)力電源領(lǐng)域具有較強(qiáng)的吸引力。

負(fù)極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的主要因素之一，可見(jiàn)負(fù)極材料在鋰離子電池化學(xué)體系中起著至關(guān)重要的作用，其中研究較為廣泛的鋰離子電池負(fù)極材料為金屬基（Sn基材料、Si基材料）、鈦酸鋰、碳材料（碳納米管、石墨烯等）等負(fù)極材料。

研究表明，通過(guò)制備復(fù)合材料，可以有效抑制SnO2顆粒的團(tuán)聚，同時(shí)還能緩解嵌鋰時(shí)的體積效應(yīng)，提高SnO2的電化學(xué)穩(wěn)定性。

Zhou等通過(guò)化學(xué)沉積和高溫?zé)Y(jié)法制備SnO2/石墨復(fù)合材料，其在100mA/g的電流密度下，比容量可達(dá)450mAh/g以上，在2400mA/g電流密度下，可逆比容量超過(guò)230mAh/g，

實(shí)驗(yàn)表明，石墨作為載體，不僅能將SnO2顆粒分散得更均勻，而且能有效抑制顆粒團(tuán)聚，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

2011年，日本SONY公司宣布采用Sn系非晶化材料作容量為3.5AH的18650圓柱電池的負(fù)極。單質(zhì)錫的理論比容量為994mAh/g，能與其他金屬Li、Si、Co等形成金屬間化合物。

該材料的首次放電比容量為636.3mAh/g，首次庫(kù)倫效率達(dá)到83.1%，70次充放電循環(huán)后比容量仍可達(dá)到511.0mAh/g。

Wang等以石墨為分散劑，SnO/SiO和金屬鋰的混合物為反應(yīng)物，采用高能機(jī)械球磨法并經(jīng)后期熱處理，制備了石墨基質(zhì)中均勻分散的Sn/Si合金，該材料在200次充放電循環(huán)后，其可逆容量仍可達(dá)574.1mAh/g，性能優(yōu)于單獨(dú)的SnO或SiO等負(fù)極材料。

硅作為鋰離子電池理想的負(fù)極材料，具有如下優(yōu)點(diǎn)：硅可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲(chǔ)鋰比容量高達(dá)4200mAh/g（超過(guò)石墨比容量的10倍）；硅的嵌鋰電位（0.5V）略高于石墨，在充電時(shí)難以形成“鋰枝晶”；硅與電解液反應(yīng)活性低，不會(huì)發(fā)生有機(jī)溶劑的共嵌入現(xiàn)象。

然而，硅電極在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生循環(huán)性能下降和容量衰減，主要有兩大原因：硅與鋰生成Li4.4Si合金時(shí)，體積膨脹高達(dá)320%，巨大的體積變化易導(dǎo)致活性物質(zhì)從集流體中脫落，從而降低與集流體間的電接觸，造成電極循環(huán)性能迅速下降；電解液中的LiPF6分解產(chǎn)生的微量HF會(huì)腐蝕硅，造成了硅電極容量衰減。

Liu等通過(guò)高能球磨法制備了Si-NiSi-Ni復(fù)合物，然后利用HNO3溶解復(fù)合物中的Ni單質(zhì)，得到了多孔結(jié)構(gòu)的Si-NiSi復(fù)合物。

通過(guò)XRD表征可知，體系中存在NiSi合金，其不僅為負(fù)極材料提供了可逆容量，還與粒子內(nèi)部的孔隙協(xié)同，緩沖硅在充放電循環(huán)過(guò)程中的體積膨脹，提高硅電極的循環(huán)性能。

Lee等采用酚醛樹(shù)脂為碳源，在氬氣氣氛下于700℃高溫裂解，制備了核殼型Si/C復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)10次循環(huán)后復(fù)合物的可逆容量仍可達(dá)1029mAh/g，表明采用Na2CO3在硅表面與酚醛樹(shù)脂間形成共價(jià)鍵，然后進(jìn)行高溫裂解，可改善硅與裂解碳間的接觸，從而提高負(fù)極材料的循環(huán)性、減小不可逆容量損失。

鈦酸鋰的諸多優(yōu)點(diǎn)決定了其具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的安全性，然而，其導(dǎo)電性不高、大電流充放電時(shí)容量衰減嚴(yán)重，通常采用表面改性或摻雜來(lái)提高其電導(dǎo)率。

碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時(shí)由于其脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時(shí)極化作用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

碳納米管在負(fù)極中的另一個(gè)應(yīng)用是與其他負(fù)極材料（石墨類(lèi)、鈦酸鋰、錫基、硅基等）復(fù)合，利用其獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)點(diǎn)作為載體改善其他負(fù)極材料的電性能。

碳納米管的中空結(jié)構(gòu)及膨脹石墨的孔洞，提供了大量的鋰活性位，而且這種結(jié)構(gòu)能緩沖材料在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)。

石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料,具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導(dǎo)熱系數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導(dǎo)電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機(jī)械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關(guān)注。

石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，具有非常可觀的電化學(xué)性能。

Wang等采用水合肼作為還原劑、制備了叢林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和軟碳特性，且在高于0.5V電壓區(qū)間，表現(xiàn)出電容器的特性。

石墨烯還可作為導(dǎo)電劑，與其他負(fù)極材料復(fù)合，提高負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

近年來(lái)，鋰離子電池負(fù)極材料朝著高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低成本方向進(jìn)展。