怎么选择锂离子电池？简述锂离子电池的八大参数指标

这里所说的锂离子电池特指可反复充电的二次锂离子电池，而不是用完就扔的一次电池。

锂离子电池分布在我们生活的每一个角落，其应用领域包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、移动电源(充电宝)、应急电源、剃须刀、电动自行车、电动汽车、电动公交车、旅游观光车、无人机，以及其他各类电动工具。作为电能的载体和众多设备的动力来源，可以说，离开了锂离子电池，当今的物质世界就玩不转了(除非我们想倒退回几十年前)。那么，锂离子电池到底是什么鬼？

本文不科普电池的基本原理和发展历史，有兴趣的请百度查询，这里头有很多故事。物理学和化学领域的基础理论，被爱因斯坦之前的那一波人基本上搞得七七八八了，电池跟这两个领域直接相关，与电池有关的理论，在二战之前就已经研究的差不多了，二战以后并无大的创新。作为电池技术的一种，锂离子电池的相关理论研究，近年来也没有什么突破性进展，大多数研究都集中在材料、配方、工艺等方面，也就是如何提高产业化的程度，研究出性能更优异的锂离子电池(存储能量更多，用的更久)。

很多人在使用锂离子电池，很多人在研究锂离子电池的产品应用(如上面提到的产品)，可是大多数人对锂离子电池知之甚少，或者总是雾里看花，不得要领。写本文的目的，不是为了给做锂离子电池研发的人看的，而是给那些在产品里面用到锂离子电池的工程技术人员或者锂离子电池的使用者看的。所以本文力求通俗易懂，尽量不使用专业化的术语和公式，希望在轻松阅读之余，能够提升大家对锂离子电池的认识，起到答疑解惑的用途。

作者本人不是锂离子电池领域的专家，没有从事过锂离子电池单体的技术或产品研发，但曾长期从事锂离子电池的应用技术研究，因此希望站在用户的角度，来阐述我对锂离子电池的认识。普通用户，通常把锂离子电池直接叫作锂离子电池，虽然两者并不完全等同，但锂离子电池确实是当前锂离子电池的绝对主体。

文中大部分的内容，都不是本人的原创，而是已经存在的知识，站在巨人的肩膀上，我们要做的仅仅是站直身体，抬起头，世界就在我们眼前。

二、锂离子电池的基本原理

1.如何选择能量的载体

首先大家会问，为何选择锂元素作为能量载体？

好吧，虽然我们不想去回顾化学的知识，可是这个问题必须得去元素周期表找答案，好在，大家总还记得元素周期表吧？！实在不记得，我们就花一分钟来看看下面的表吧。

要想成为好的能量载体，就要以尽可能小的体积和重量，存储和搬运更多的能量。因此，要满足下面几个基本条件：

1)原子相对质量要小

2)得失电子能力要强

3)电子转移比例要高

基于这3项基本原则，元素周期表上面的元素比下面的元素要好，左边的元素比右边的元素要好。初步筛选，我们只能在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料：氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性气体和氧化剂，只剩下氢、锂、铍、硼、碳，这5个元素。

氢元素是自然界最好的能量载体，所以氢燃料动力电池的研究一直方兴未艾，代表了电池领域一个非常有前途的方向。当然，假如核裂变技术在未来几十年能够取得重大突破，可以做到小型化甚至微型化，那么便携式的核燃料动力电池将会有广阔的发展空间。

接下来就是锂了，选择锂元素来做电池，是基于地球当前的所有元素中，我们能够找到的相对优解(铍的储量太少了，是稀有金属中的稀有金属)。氢燃料动力电池与锂离子电池的技术路线之争，在电动汽车领域打的如火如荼，大概就是因为这两种元素，是我们目前能够找到的比较好的能量载体。当然，这里面还牵涉到很多的商业利益，甚至政治博弈，这些不是本文要讨论的范畴。

顺便说一下，自然界中已经存在的，并为人类广泛使用的能源，比如石油、天然气、煤炭等，其重要成分也是碳、氢、氧等元素(在元素周期表的第一周期和第二周期)。所以不管是自然的选择，还是人类的设计，最终都是殊途同归的。

2.锂离子电池的工作原理

下面讲讲锂离子电池的工作机理。这里不阐述氧化还原反应，化学基础不好的，或者已经把化学知识还给老师的人，看到这些专业的东西就会头晕，所以我们还是搞点直白的描述。这里借用一张图，这张图比较容易让人理解锂离子电池的原理。

我们按照使用的习惯，根据充放电时的电压差区分正极(+)和负极(-)，这里不讲阳极和阴极，费时费力。这张图上，电池的正极材料是钴酸锂(LiCoO2)，负极材料是石墨(C)。

充电的时候，在外加电场的影响下，正极材料LiCoO2分子里面的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子(Li+)，在电场力的用途下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发生化学反应，生成LiC6，于是从正极跑出来的锂离子就很稳定的嵌入到负极的石墨层状结构当中。从正极跑出来转移到负极的锂离子越多，这个电池可以存储的能量就越多。

放电的时候刚好相反，内部电场转向，锂离子(Li+)从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，重新变成钴酸锂分子(LiCoO2)。从负极跑出来转移到正极的锂离子越多，这个电池可以释放的能量就越多。

在每一次充放电循环过程中，锂离子(Li+)充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，这就是锂离子电池的基本原理。由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。

3.锂离子电池的基本构成

要实现上述的功能，锂离子电池内部要包含几种基本材料：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。下面做简单论述，这些材料都是干嘛的。

正负极不难理解，要实现电荷移动，就要存在电位差的正负极材料，那么什么是活性物质？我们了解，电池实际上是将电能和化学能相互转换，以实现能量的存储和释放。要实现这个过程，就要正负极的材料很容易参与化学反应，要活泼，要容易氧化和还原，从而实现能量转换，所以我们要活性物质来做电池的正负极。

上面已经提到，锂元素是我们做电池的优选材料，那么为何不用金属锂来做电极的活性物质呢？这样不是可以达到最大的能量密度吗？

我们再看上面这张图，氧(O)、钴(Co)、锂(Li)三种元素构成了非常稳定的正极材料结构(图中的比例和排列仅作参考)，负极石墨的碳原子排列也具有非常稳定的层状结构。正负极材料不但要活泼，还要具有非常稳定的结构，才能实现有序的，可控的化学反应。不稳定的结果是什么？想想汽油燃烧和炸弹爆炸，能量剧烈释放，这个化学反应的过程实际上是无法人为去精确控制的，于是化学能变成了热能，一次性把能量释放完毕，而且不可逆。

金属形态存在的锂元素太活泼了，调皮的孩子多半都不听话，喜欢搞破坏。早期针对锂离子电池的研究，确实是集中以金属锂或其合金作为负极这个方向，但是因为安全问题突出，不得不寻找其他更好的路径。近年来，随着人们对能量密度的追求，这个研究方向又有满血复活的趋势，这个我们后面会讲到。

为了实现能量存储和释放过程中的化学稳定性，即电池充放电循环的安全性和长寿命，我们要一种电极材料，在要活泼的时候活泼，在要稳定的时候稳定。经过长期的研究和探索，人们找到了几种锂的金属氧化物，如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料，作为电池正极或负极的活性物质，解决了上述问题。如上图所示，磷酸铁锂的橄榄石结构也是一种非常稳定的正极材料结构，充放电过程中锂离子的脱嵌，并不会造成晶格坍塌。题外话，锂金属电池确实是有的，但与锂离子电池相比，几乎可以忽略不计，技术的发展，最终还是要服务于市场。

当然，在解决了稳定性问题的同时，也带来了严重的副用途，就是作为能量载体的锂元素占比大大降低，能量密度降了不止一个数量级，有得必有失，自然之道啊。

负极通常选择石墨或其他碳材料做活性物质，也是遵循上述的原则，既要求是好的能量载体，又要相对稳定，还要有相对丰富的储量，便于大规模制造，找来找去，碳元素就是一个相对优解。当然，这并不是唯一解，针对负极材料的研究很广泛，后面有论述。

电解质是干嘛的？通俗的讲，就是游泳池里面的水，让锂离子能够自由的游来游去，所以呢，离子电导率要高(游泳的阻力小)，电子电导率要小(绝缘)，化学稳定性要好(稳定压倒一切啊)，热稳定性要好(都是为了安全)，电位窗口要宽。基于这些原则，经过长期的工程探索，人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等材料。电解质锂盐有LiPF6，LiBF4等材料。

隔离膜则是为了阻止正负极材料直接接触而加进来的，我们希望把电池做的尽可能的小，存储的能量尽可能的多，于是正负极之间的距离越来越小，短路成为一个巨大的风险。为了防止正负极材料短路，造成能量的剧烈释放，就要用一种材料将正负极隔离开来，这就是隔离膜的由来。隔离膜要具有良好的离子通过性，重要是给锂离子开放通道，让其可以自由通过，同时又是电子的绝缘体，以实现正负极之间的绝缘。目前市场上的隔膜重要有单层PP，单层PE，双层PP/PE，三层PP/PE/PP复合膜等。

4.锂离子电池的完整材料构成

除了上面提到的4种重要材料之外，要想把锂离子电池从实验室的一个实验品变成一个可以商业化应用的产品，还要其他一些不可或缺的材料。

我们先看电池的正极，除了活性物质之外，还有导电剂和粘结剂，以及用作电流载体的基体和集流体(正极通常是铝箔)。粘结剂要把作为活性物质的锂金属氧化物均匀的固定在正极基带上面，导电剂则要增强活性物质与基体的电导率，以达到更大的充放电电流，集流体负责充当电池内外部的电荷转移桥梁。

负极的构造与正极基本相同，要粘结剂来固定活性物质石墨，要铜箔作为基体和集流体来充当电流的导体，但因为石墨本身良好的导电性，所以负极一般不添加导电剂材料。

除了以上材料外，一个完整的锂离子电池还包括绝缘片、盖板、泄压阀、壳体(铝，钢，复合膜等)，以及其他一些辅助材料。

5.锂离子电池的制作工艺

锂离子电池的制作工艺比较复杂，此处仅就部分关键工序做简单描述。根据极片装配方式的不同，通常有卷绕和叠片两种工艺路线。

叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来，组成一个大电芯的制造工艺，其大体工艺流程如下：

卷绕工艺是将正负极片、隔离膜、正负极耳、保护胶带、终止胶带等物料固定在设备上，设备经过放卷完成电芯制作。

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锂离子电池的常见外形重要有圆柱形和方形，根据壳体材料不同，又有金属外壳和软包外壳等

三、重要参数指标

锂离子电池具有能量密度高、转换效率高、循环寿命长、无记忆效应、无充放电延时、自放电率低、工作温度范围宽和环境友好等优点，因而成为电能的一个比较理想的载体，在各个领域得到广泛的应用。

一般而言，我们在使用锂离子电池的时候，会关注一些技术指标，作为衡量其性能优劣的重要因素。那么，什么指标是我们要在使用的时候，应该予以特别关注呢？

1.容量

这是大家比较关心的一个参数。智能手机早已普及，我们在使用智能手机的时候，最为担心的就是电量不足，要频繁充电，有时还找不到地方充电。早期的功能机，正常使用情况下，满充的电池可以待机3~5天，一些产品甚至可以待机7天以上。可是到了智能机时代，待机时间就显得惨不忍睹了。这里面很重要的一个原因，就是手机的功耗越来越大，而电池的容量却没有同比例的上升。

容量的单位一般为mAh(毫安时)或Ah(安时)，在使用时又有额定容量和实际容量的差别。额定容量是指满充的锂离子电池在实验室条件下(比较理想的温湿度环境)，以某一特定的放电倍率(C-rate)放电到截止电压时，所能够供应的总的电量。实际容量一般都不等于额定容量，它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。一般情况下，实际容量比额定容量偏小一些，有时甚至比额定容量小很多，比如北方的冬季，假如在室外使用手机，电池容量会迅速下降。

2.能量密度

能量密度，指的是单位体积或单位重量的电池，能够存储和释放的电量，其单位有两种：Wh/kg，Wh/L，分别代表重量比能量和体积比能量。这里的电量，是上面提到的容量(Ah)与工作电压(V)的积分。在应用的时候，能量密度这个指标比容量更具有指导性意义。

基于当前的锂离子电池技术，能够达到的能量密度水平大约在100~200Wh/kg，这一数值还是比较低的，在许多场合都成为锂离子电池应用的瓶颈。这一问题同样出现在电动汽车领域，在体积和重量都受到严格限制的情况下，电池的能量密度决定了电动汽车的单次最大行驶里程，于是出现了里程焦虑症这一特有的名词。假如要使得电动汽车的单次行驶里程达到500公里(与传统燃油车相当)，电池单体的能量密度必须达到300Wh/kg以上。

锂离子电池能量密度的提升，是一个缓慢的过程，远低于集成电路产业的摩尔定律，这就造成了电子产品的性能提升与电池的能量密度提升之间存在一个剪刀差，并且随着时间不断扩大。

3.充放电倍率

这个指标会影响锂离子电池工作时的持续电流和峰值电流，其单位一般为C(C-rate的简写)，如1/10C，1/5C，1C，5C，10C等。举个例子来阐述倍率指标的具体含义，某电池的额定容量是10Ah，假如其额定充放电倍率是1C，那么就意味着这个型号的电池，可以以10A的电流，进行反复的充放电，一直到充电或放电的截止电压。假如其最大放电倍[email protected]，[email protected]，那么该电池可以以100A的电流进行持续10秒的放电，以50A的电流进行持续10秒的充电。

充放电倍率对应的电流值乘以工作电压，就可以得出锂离子电池的持续功率和峰值功率指标。充放电倍率指标含义的越详细，关于使用时的指导意义越大。尤其是作为电动交通工具动力源的锂离子电池，要规定不同温度条件下的持续和脉冲倍率指标，以确保锂离子电池使用在合理的范围之内。

4.电压

锂离子电池的电压，有开路电压、工作电压、充电截止电压、放电截止电压等一些参数，本文不再分开一一论述，而是集中做个解释。

开路电压，顾名思义，就是电池外部不接任何负载或电源，测量电池正负极之间的电位差，此即为电池的开路电压。

工作电压，就是电池外接负载或电源，处在工作状态，有电流流过时，测量所得的正负极之间的电位差。一般来说，由于电池内阻的存在，放电状态时的工作电压低于开路电压，充电时的工作电压高于开路电压。

充/放电截止电压，是指电池允许达到的最高和最低工作电压。超过了这一限值，会对电池出现一些不可逆的损害，导致电池性能的降低，严重时甚至造成起火、爆炸等安全事故。

电池的开路电压和工作电压，与电池的容量存在一定的对应关系。

5.寿命

锂离子电池的寿命会随着使用和存储而逐步衰减，并且会有较为明显的表现。仍然以智能手机为例，使用过一段时间的手机，可以很明显的感觉到手机电池不耐用了，刚开始可能一天只充一次，后面可能要一天充电两次，这就是电池寿命不断衰减的体现。

锂离子电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命一般以次数为单位，表征电池可以循环充放电的次数。当然这里也是有条件的，一般是在理想的温湿度下，以额定的充放电电流进行深度的充放电(100%DOD或者80%DOD)，计算电池容量衰减到额定容量的80%时，所经历的循环次数。

日历寿命的含义则比较复杂，电池不可能一直在充放电，有存储和搁置，也不可能一直处于理想环境条件，会经历各种温湿度条件，充放电的倍率也是时刻在变化的，所以实际的使用寿命就要模拟和测试。简单的说，日历寿命就是电池在使用环境条件下，经过特定的使用工况，达到寿命终止条件(比如容量衰减到80%)的时间跨度。日历寿命与具体的使用要求是紧密结合的，通常要规定具体的使用工况，环境条件，存储间隔等。

日历寿命比循环寿命更具有实际意义，但由于日历寿命的测算非常复杂，而且耗时太长，所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。如要获得日历寿命的数据，通常要额外付费，且要等待很长时间。

6.内阻

锂离子电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。

欧姆内阻由电极材料、电解质、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极极化和浓差极化引起的电阻。

内阻的单位一般是毫欧姆(m)，内阻大的电池，在充放电的时候，内部功耗大，发热严重，会造成锂离子电池的加速老化和寿命衰减，同时也会限制大倍率的充放电应用。所以，内阻做的越小，锂离子电池的寿命和倍率性能就会越好。

7.自放电

电池在放置的时候，其容量是在不断下降的，容量下降的速率称为自放电率，通常以百分数表示：%/月。

自放电是我们不希望看到的，一个充满电的电池，放个几个月，电量就会少很多，所以我们希望锂离子电池的自放电率越低越好。

这里要特别注意，一旦锂离子电池的自放电导致电池过放，其造成的影响通常是不可逆的，即使再充电，电池的可用容量也会有很大损失，寿命会快速衰减。所以长期放置不用的锂离子电池，一定要记得定期充电，防止因为自放电导致过放，性能受到很大影响。

8.工作温度范围

由于锂离子电池内部化学材料的特性，锂离子电池有一个合理的工作温度范围(常见的数据在-40℃~60℃之间)，假如超出了合理的范围使用，会对锂离子电池的性能造成较大的影响。

不同材料的锂离子电池，其工作温度范围也是不相同的，有些具有良好的高温性能，有些则能够适应低温条件。锂离子电池的工作电压、容量、充放电倍率等参数都会随着温度的变化而发生非常显著的变化。长时间的高温或低温使用，也会使得锂离子电池的寿命加速衰减。因此，努力创造一个适宜的工作温度范围，才能够最大限度的提升锂离子电池的性能。

除了工作温度有限制之外，锂离子电池的存储温度也是有严格约束的，长期高温或低温存储，都会对电池性能造成不可逆的影响。

四、锂离子电池的正负极材料

我们经常会看到磷酸铁锂，三元等专业的锂离子电池术语，这些都是根据锂离子电池正极材料来区分锂离子电池的类型。相对来讲，锂离子电池的正、负极材料对电池性能的影响比较大，是大家比较关心的方面。那么，当前市场上都有什么常见的正负极材料呢？用他们做锂离子电池，又有什么优缺点？

1.正极材料

首先，我们来看看正极材料，正极材料的选择，重要基于以下几个因素考虑：

1)具有较高的氧化还原反应电位，使锂离子电池达到较高的输出电压；

2)锂元素含量高，材料堆积密度高，使得锂离子电池具有较高的能量密度；

3)化学反应过程中的结构稳定性要好，使得锂离子电池具有长循环寿命；

4)电导率要高，使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能；

5)化学稳定性和热稳定性要好，不易分解和发热，使得锂离子电池具有良好的安全性；

6)价格便宜，使得锂离子电池的成本足够低；

7)制造工艺相对简单，便于大规模生产；

8)对环境的污染低，易于回收利用。

当前，锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标，重要受制于正极材料。

基于这些因素考虑，经过工程研究和市场化检验，目前市场常见的正极材料如下表所示：

钴酸锂的商业化应用走的最早，第一代商业化应用的锂离子电池就是SONY在1990年推向市场的钴酸锂离子电池，随后在消费类产品中得到大规模应用。随着手机、笔记本、平板电脑的大规模普及，钴酸锂一度是锂离子电池正极材料中销售量占比最大的材料。但其固有的缺点是质量比容量(不等同于能量密度)低，理论极限是274mAh/g，出于正极结构稳定性考虑，实际只能达到理论值的50%，即137mAh/g。同时，由于地球上钴元素的储量比较低，也导致钴酸锂的成本偏高，难以在动力锂电池领域大规模普及，所以钴酸锂正极材料将被其他材料逐步取代。

由于稳定性，安全性，材料合成困难等方面的缺点，镍酸锂的商业应用较少，市场上很少看到，这里不做论述。

锰酸锂的商业化应用，重要在动力锂电池领域，是锂离子电池一个比较重要的分支。如日产的leaf纯电动轿车采用了日本AESC公司的锰酸锂离子电池，早期的雪弗兰Volt也采用韩国LG化学的锰酸锂离子电池。锰酸锂的突出优点是成本低，低温性能好，缺点是比容量低，极限在148mAh/g，且高温性能差，循环寿命低。所以锰酸锂的发展有明显的瓶颈，近年来的研究方向重要是改性锰酸锂，通过掺杂其他元素，改变其缺点。

磷酸铁锂材料在我国热过一阵子，一方面受美国科研机构和公司在技术方面的带动，另一方面受比亚迪在国内的产业化推动，前几年国内的锂离子电池公司在动力锂电池领域基本都以磷酸铁锂材料为主。但是随着全球各国对锂离子电池能量密度的要求越来越高，而磷酸铁锂的比容量理论极限是170mAh/g，而实际上只能达到120mAh/g左右，已经无法满足当前和未来的市场需求。此外，磷酸铁锂的倍率性能一般，低温特性差等缺点，也限制了磷酸铁锂的应用。最近比亚迪搞出了一个改性磷酸铁锂材料，把能量密度提升了不少，还未透露具体的技术细节，不了解掺杂了什么材料在里面。就产品应用领域而言，电力储能市场应该是磷酸铁锂离子电池的一个重要市场，相对而言，这个市场对能量密度不是特别敏感，而对长寿命，低成本，高安全性电池的迫切需求，正是磷酸铁锂材料的优势所在。

日韩公司在近几年大力推动三元材料的应用，镍钴锰三元材料逐渐成为市场的主流，国内公司也采取跟随策略，逐步转向三元材料。三元材料的比容量较高，目前市场上的产品已经可以达到170~180mAh/g，从而可以将电池单体的能量密度提高到接近200Wh/kg，满足电动汽车的长续航里程要求。此外，通过改变三元材料的配比(x，y的值)，还可以达到良好的倍率性能，从而满足PHEV和HEV车型对大倍率小容量锂离子电池的需求，这也正是三元材料大行其道的原因。从化学式可以看出，镍钴锰三元材料综合了钴酸锂(LiCoO2)和锰酸锂(LiMn2O4)的一些优点，同时因为掺杂了镍元素，可以提升能量密度和倍率性能。

镍钴铝三元材料，严格来说，其实算是一种改性的镍酸锂(LiNiO2)材料，在其中掺杂了一定比例的钴和铝元素(占比较少)。商业化应用方面重要是日本的松下公司在做，其他锂离子电池公司基本没有研究这个材料。之所以拿来比较，是因为鼎鼎大名的Tesla，就是使用松下公司的18650镍钴铝三元电芯做电动汽车的动力锂电池系统，并且做到了接近500公里的续航里程，说明了这种正极材料，还是有其独特的价值。

以上仅仅是比较常见的锂离子电池正极材料，并不代表所有的技术路线。实际上，不管是高校和科研院所，还是公司，都在努力研究新型的锂离子电池正极材料，希望把能量密度和寿命等关键指标提升到更高的量级。当然，假如要在2020年达到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指标，现在商业化应用的正极材料都无法实现，那么正极材料就要比较大的技术变革，如改变层状结构为尖晶石结构的固溶体类材料，以及有机化合物正极材料等，都是目前比较热门的研究方向。

2.负极材料

相对而言，针对锂离子电池负极材料的研究，没有正极材料那么多，但是负极材料对锂离子电池性能的提高仍起着至关重要的用途，锂离子电池负极材料的选择应重要考虑以下几个条件：

1)应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌；

2)在锂离子脱嵌时无结构上的变化，具有良好的充放电可逆性和循环寿命；

3)锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量；

4)氧化还原反应的电位要低，与正极材料配合，使电池具有较高的输出电压；

5)首次不可逆放电比容量较小；

6)与电解质溶剂相容性好；

7)资源丰富、价格低廉；

8)安全性好；

9)环境友好。

锂离子电池负极材料的种类繁多，根据化学组成可以分为金属类负极材料(包括合金)、无机非金属类负极材料及金属氧化物类负极材料。

(1)金属类负极材料：这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳，金属锂作为负极材料并未得到广泛应用。近年来，合金类负极材料得到了比较广泛的研究，如锡基合金，铝基合金、镁基合金、锑基合等，是一个新的方向。

(2)无机非金属类负极材料：用作锂离子电池负极的无机非金属材料重要是碳材料、硅材料及其它非金属的复合材料。

(3)过渡金属氧化物材料：这类材料一般具有结构稳定，循环寿命长等优点，如锂过渡氧化物(钛酸锂等)、锡基复合氧化物等。

就当前的市场而言，在大规模商业化应用方面，负极材料仍然以碳材料为主，石墨类和非石墨类碳材料都有应用。在汽车及电动工具领域，钛酸锂作为负极材料也有一定的应用，重要是具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能，但是会降低电池的能量密度，因此不是市场主流。其他类型的负极材料，除了SONY在锡合金方面有产品推出，大多仍以科学研究和工程开发为主，市场化应用的比较少。

就未来的发展趋势而言，假如能有效解决循环性能，硅基材料将可能取代碳材料成为下一代锂离子电池的重要负极材料。锡合金，硅合金等合金类的负极材料，也是一个非常热门的方向，将走向产业化。此外，安全性和能量密度较高的铁氧化物，有可能取代钛酸锂(LTO)，在一些长寿命和安全性要求较高的领域，得到广泛应用。