提高Sn和S充放电性能的基本思路

Sn和Si能与锂形成组成达Li4.4Sn、Li4.4Si的合金，其理论可逆储锂比容量分别为990mAh·g。、4200mAh·g，远大于LiC6的372mAh·g。但Sn和Si在储锂一脱锂过程中体积膨胀超过200％，极易引起电极粉化，导致循环性能迅速衰减。目前提高这类材料充放电性能的基本思路主要有两种：①减小活性物质的颗粒尺寸(如采用纳米材料)，降低材料的粉化程度；②加入不与锂反应的惰性组分，缓冲和抑制活性组分的体积膨胀。上述方案在一定程度上改善了Sn和Si的循环特性，使得sn基和si基负极开始应用于商品化电池。如由SnCo合金与碳构成的复合负极比容量可达450mAh·g-1以上，并表现出良好的循环性能。而由Si-Ni／石墨和由Fe-Si／石墨组成的复合负极甚至可以释放出高达600mAh·91以上的稳定比容量。Sony公司于2005年率先推出了采用Sn基负极的Nexe—lion电池，其性能见表2.6。与常规锂离子电池相比，Nexelion电池的体积比能量提高约21％，质量比能量提高约10％。但令人诧异的是，近年来Sony公司并没有大规模地用锡基负极来取代传统碳负极。除成本因素之外，更可能的原因是锡基负极的规模化生产还存在一定困难。由此可见，尽管非碳负极材料具有非常高的嵌锂容量，但真正大规模地取代传统碳负极尚需时日。
因此，从电极材料的发展现状来看，时至今日，高能量型锂离子电池仍旧没有很好地突破早期建立的LiCoOz／c这一技术体系。即便如此，锂离子电池的总体技术水平在过去十余年间仍然取得了巨大进步。以具有代表性的18650型电池为例，电池容量从十几年前的1200mAh提高到现在的2600mAh以上，相应的体积比能量从270Wh·L_1升至550Wh·L-1以上，提高达1倍(图2.3给出了18650锂离子电池容量随年代的变化)。而从质量比能量来看，采用铝材为壳体的方形电池已达150～160Wh·kg，采用铝复合膜为壳体的软包装电池或聚合物电池比能量甚至超过了200Wh·kg，较十年前的100Wh·kg-1提高了一倍。