非碳锂离子电池负极材料研究进展.pdf

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1、透视INSIGHT非碳锂离子电池负极材料研究进展■文/洪振生魏明灯福州大学新能源材料研究所自从1958年美国加州大学的一位的绿色能源和主导电源。目前，锂离子锂离子电池主要由正负极、隔膜、研究生提出了锂、钠等活泼金属做电池电池及其关键材料已成为世界各国关电解液组成。从锂离子二次电池的发负极的设想后，锂离子电池的研究开始注的一个科技和产业焦点，也是我国能展来看，锂离子电池的电化学性能主引人注目。然而，锂离子电池的实用化源领域重点扶持的高新技术产业。锂离要取决于所用电极材料和电解质材研究却经历了很长的时间。直到1990子动力电池的开发更是成为近年来新料的结构和性能，

2、尤其是电极材料的年，日本索尼（Sony）公司成功地采用能源领域里最热门的研究方向。选择。因此，廉价而性能优良的正负碳材料作负极、氧化钻锂作正极、高氯所谓锂离子电池实际上是一种极材料开发一直是锂离子二次电池酸锂-碳酸乙酯+碳酸二乙酯（LiClO4-锂离子浓度差电池，正负两极由2种研究的重点。到目前为止，锂离子二EC+DEC）作电解质，研制出新一代实锂离子嵌入化合物组成。充电时，锂离次电池的正极材料主要采用钴酸锂用化的新型锂离子二次电池——液态子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，（LiCoO2）。LiCoO2属于α-铁酸钠锂离子电池(LIB)。从此，锂离子电池便负极处

3、于富锂态，正极处于贫锂态，同（α-NaFeO2）型结构，具有二维层状以其比能量高、电池电压高、工作温度时电子的补偿电荷从外电路供给到碳结构，适宜锂离子的脱嵌，但由于钴资范围宽、储存寿命长等优点，广泛应用负极，保证负极的电荷平衡；放电时源匮乏，LiCoO2价格高、安全性差等于军事和民用小型电器中，如移动电则相反，锂离子从负极脱嵌，经电解质缺点，大大限制了钴系锂离子二次电话、笔记本电脑、摄像机、照相机等。近嵌入正极（这种循环被形象地称为摇池使用范围，特别是在动力电池领域。年来，随着锂离子电池技术的不断发椅式机制）。人们将这种靠锂离子在正目前用于锂离子动力电池的正极

4、材料展，其应用领域正不断扩大，如电动汽负极之间的转移来完成电池充放电工主要有尖晶石型锰酸锂（LiMn2O4）、车、电讯网络常备电源、军用储备电源、作、具有独特机理的锂离子电池形象镍基层状复合材料和橄榄石型磷酸铁太空和防卫设备等领域，被称为21世纪地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。锂（LiFePO4）。关于这些正极材料的58AdvancedMaterialsIndustryINSIGHT透视研究，目前已经取得了较大的进展，特Ge，Sn，Pb，Al，Ga，Sb，In，Cd，Zn等)。二、钛基氧化物别是LiFePO4，有望成为未来主要的从1970年后期到1990年

5、初期，人钛基氧化物主要包括钛氧化合[1-4]锂离子电池动力电池正极材料。们把大量精力花费在各种锂合金的物及钛酸盐类化合物，这类材料作目前，锂离子动力电池的负极材研究上，取得了一些成果。20世纪90为负极材料虽没有像合金那样高的料一般为碳负极。石墨负极材料虽已成年代初，Sony公司推出了高性价比碳比容量，但却具有原料丰富、无毒无功商品化，但仍存在一些难以克服的类负极，广泛吸引了人们的注意力，害、循环稳定性好和安全性好等优弱点，这是因为碳负极在电解液中(主导致此后一段时间合金的研究处于点，因而近年来引起了人们的广泛[13]要为EC、DEC、碳酸二甲酯〔DMC〕、相

6、对的低谷。一直到1994年，日本的关注。钛氧化合物主要是指各种晶聚碳酸酯〔PC〕等有机溶剂)会形成富士胶片公司推出一种锡的复合氧相的二氧化钛(TiO2)，包括锐钛矿相、钝化膜(SEI膜)，该膜层虽可传递电子化物负极材料，这些复合物与锂反应金红石相和板钛矿相，其中，锐钛矿相[14-15]和锂离子，但会引起初始容量的不可基于一个最初的不可逆过程，即锂先具有较好的嵌锂性能。在钛酸盐逆损失。而且碳电极的电位与金属锂与氧化物反应，形成紧密混合的氧化化合物中，尖晶石钛酸锂（Li4Ti5O12）的电位很接近，当电池过充电时，碳电锂（Li2O）基质和金属锡（Sn），接着Sn由

7、于在嵌锂时具有零应变特性而被认[16-17]极表面易析出金属锂，从而可能会形与锂反应生成纳米尺寸的锂锡合金为是一种理想的电极材料，目前[6]成锂枝晶而引起短路。随着温度的升（Li4.4Sn）。嵌锂过程中复合氧化物已经部分商业化，但还存在着理论比高，嵌锂状态下的碳负极将首先与电会产生单质锡，电池的高比能特性正容量太低的问题(175mAh/g)。解液发生放热反应，如锂离子与有机是由于锡与锂的合金化反应带来的，最近几年，一种新型层状结构的溶剂PC发生放热反应，会生成易燃于是，研究者又对各种可嵌锂合金重钛酸盐(包括钛酸盐纳米管、纳米线)表[18-20]气体，因此，有机

8、溶剂与碳负极不匹新产生了兴趣。现出了良