锂离子电池新型负极材料的研究

本文侧重讲解了锂离子电池负极材料金属恩（Sn基材料、Si基材料）、钛酸锂、碳材料（碳纳米管、石墨烯等）的性能、优缺点及改良方法，并对这些负极材料的应用于不作了更进一步未来发展。锂离子电池因具备能量密度低、工作电压低、循环寿命长、自放电小及环境友好等明显优点，已被普遍用作3C电子产品(Computer，ConsumerElectronic和Communication)、储能设备、电动汽车及船用领域。

锂离子电池的能量密度（170Wh/kg），大约为传统铅酸蓄电池的3～4倍，使其在动力电源领域具备较强的吸引力。而负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一，可见负极材料在锂离子电池化学体系中起着至关重要的起到，其中研究更为普遍的锂离子电池负极材料为金属恩（Sn基材料、Si基材料）、钛酸锂、碳材料（碳纳米管、石墨烯等）等负极材料。金属恩材料1.1锡基材料目前锡基负极材料主要有锡氧化物和锡合金等。

1.1.1锡氧化物SnO2因具备较高的理论比容量（781mAh/g）而倍受注目，然而，其在应用于过程中也不存在一些问题：首次不可逆容量大、嵌锂时会不存在较小的体积效应（体积收缩250%～300%）、循环过程中更容易一家人等。研究指出，通过制取复合材料，可以有效地诱导SnO2颗粒的一家人，同时还能减轻金字锂时的体积效应，提升SnO2的电化学稳定性。

Zhou等通过化学沉积和高温工件法制取SnO2/石墨复合材料，其在100mA/g的电流密度下，比容量平均450mAh/g以上，在2400mA/g电流密度下，共轭比容量多达230mAh/g，实验指出，石墨作为载体，不仅能将SnO2颗粒集中得更加均匀分布，而且能有效地诱导颗粒一家人，提升材料的循环稳定性。1.1.2锡合金SnCoC是Sn合金负极材料中商业化较顺利的一类材料，其将Sn、Co、C三种元素在原子水平上均匀分布混合，并非晶化处置而得，该材料能有效地诱导充放电过程中电极材料的体积变化，提升循环寿命。

如2011年，日本SONY公司宣告使用Sn系非晶化材料不作容量为3.5AH的18650圆柱电池的负极。单质锡的理论比容量为994mAh/g，能与其他金属Li、Si、Co等构成金属间化合物。

如Xue等先使用无电电镀法制取了三维多孔结构的Cu薄膜载体，然后通过表面电沉积在Cu薄膜载体表面阻抗Sn-Co合金，从而制取了三维多孔结构的Sn-Co合金。该材料的首次静电比容量为636.3mAh/g，首次库伦效率超过83.1%，70次充放电循环后比容量仍可超过511.0mAh/g。

Wang等以石墨为分散剂，SnO/SiO和金属锂的混合物为反应物，使用高能机械球磨法并经后期热处理，制取了石墨基质中均匀分布集中的Sn/Si合金，该材料在200次充放电循环后，其共轭容量仍平均574.1mAh/g，性能高于分开的SnO或SiO等负极材料。

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