锂电池负极材料有什么特点性能

锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。

▼碳负极材料

在实际的应用中，锂离子电池的碳负极材料基本上是这几种碳素材料：人工石墨、天然石墨、石油焦以及碳纤维等。

▼锡基负极材料

锡基负极材料一般情况下可以分为两种，一种是锡的氧化物，而另一种就是锡基复合氧化物了。锡的氧化物一般是指各种价态的金属锡的氧化物。

▼含锂过渡金属氮化物负极材料

这一种负极材料还处在研究阶段，目前还没有以其作为负极材料的商业化锂离子电池产品出现。

▼合金类负极材料

锂离子电池合金类的负极材料，种类还是有很多的，其中包括有锡基合金、硅基合金、铝基合金等众多类型的合金，不过合金类的负极材料也还没有形成大批量的规模生产，还在进一步研发中。

▼纳米级负极材料

纳米级的负极材料，能将更微小的其它材料添加到以前传统的负极材料中，以此能极大的提高锂离子电池的充放电量和充放电次数。

选择负极材料的选用原则

高能量比：相关于锂电极的电极电位要更低；可逆性好：充放电反应的可逆性好；兼容性好：与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小：最好是小于10m2/g，真密度高：要大于2.0g/cm3；稳定性好：镶嵌锂的过程中尺寸和机械稳定性能好。

在地球上的资源分布要丰富，这样才能更降低公司制作锂离子电池的成本。假如裸露于空气中，也能确保材料稳定、无毒副用途，不会对锂离子电池的使用者造成威胁。

锂离子电池重要负极材料有锡基材料、锂基材料、钛酸锂、碳纳米材料、石墨烯材料等。锂离子电池负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的重要因素之一，锂离子电池的正极材料、负极材料、电解质、隔膜被称为锂离子电池的四个最核心材料。下面我们简单介绍一下各类负极材料的性能指标、优缺点及可能的改进方向。

碳纳米管

碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料，自身具有优良的导电性能，同时由于其脱嵌锂时深度小、行程短，作为负极材料在大倍率充放电时极化用途较小，可提高电池的大倍率充放电性能。

然而，碳纳米管直接作为锂离子电池负极材料时，会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不明显等问题。如Ng等采用简单的过滤制备了单壁碳纳米管，将其直接作为负极材料，其首次放电容量为1700mAh/g，可逆容量仅为400mAh/g。

碳纳米管在负极中的另一个应用是与其他负极材料（石墨类、钛酸锂、锡基、硅基等）复合，利用其独特的中空结构、高导电性及大比表面积等优点作为载体改善其他负极材料的电性能。如郭等采用化学气相沉积法，在膨胀石墨的孔洞中原位生长碳纳米管，合成了膨胀石墨/碳纳米管复合材料，其首次可逆容量为443mAh/g，以1C倍率充放电循环50次后，可逆容量仍可达到259mAh/g。碳纳米管的中空结构及膨胀石墨的孔洞，供应了大量的锂活性位，而且这种结构能缓冲材料在充放电过程中出现的体积效应。

石墨烯

2004年英国Manchester大学研究者首次发现石墨烯材料，并获得诺贝尔奖。石墨烯是一种由碳六元环形成的新型碳材料，具有很多优异的性能，如大比表面（约2600m2g-1）、高导热系数（约5300Wm-1K-1）、高电子导电性（电子迁移率为15000cm2V-1s-1)和良好的机械性能，被作为锂离子电池材料而备受关注。

石墨烯直接作为锂离子电池负极材料时，具有非常可观的电化学性能。试验室曾采用水合肼作为还原剂、制备了丛林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和软碳特性，且在高于0.5V电压区间，表现出电容器的特性。

石墨烯负极材料在1C放电倍率下，首次可逆容量为650mAh/g，100次充放电循环后容量仍可达到460mAh/g。石墨烯还可作为导电剂，与其他负极材料复合，提高负极材料的电化学性能。如Zai等采用超声分散法制备了Fe3O4/石墨烯复合材料，在200mA/g的电流密度下放电，经过50次循环后，容量为1235mAh/g；在5000和10000mA/g电流密度下放电，经过700次循环后，容量分别能达到450mAh/g和315mAh/g，表现出较高的容量和良好的循环性能。