过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的
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二〇一五年专业课论文
过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的
类型以及改性研究
学院：材料科学与工程学院
专业：材料物理与化学
姓名：崔宇
学号：2014231015
过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的类型以及改性研究
崔宇
长安大学材料科学与工程学院，陕西西安，710049
摘要系统的介绍了锂离子电池负极材料的类型，原理以及电化学性能。叙述了 对不同的材料的改性办法。简要介绍了氧化物材料的纳米改性和复合改性，对以 后可能展开的研究方向提出指导。
关键词锂离子电池负极;纳米改性
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0引言
伴随着互联网移动化的进程，诞生出越来越多的移动设备。随着智能手机的普及，电池这一性 能瓶颈带来的问题日益突出。因此，研发出新的具有更强性能的锂电池成为当下的热点方向。由于手机对于锂电池的容量要求极高，而且它具有较高的利润，因此使用一些金属元素来代替 现有的碳材料成为可能。目前，传统的石墨负极材料理论比容量为37210^，已不能满足新一 代高比容量电池负极材料的需求，为此，开发新型高比容量锂离子电池负极材料显得迫在眉睫 丨1气与传统的石墨负极相比，过渡金属氧化物拥有高的理论容量和首次充放电容量。然而由于 它们存在首次库仑效率低、高倍率充放电容量低和循环稳定性较差等缺陷，限制了其广泛应 用|341与正极材料一样，负极材料也是影响锂离子电池性能的重要因素之一,是锂离子电池发 展的主要研究内容。它经历了 3个阶段的发展，分别是最初的金属锂，锂合金和目前商业应用 的碳材料。一般来说,理想的负极材料应满足以下要求1671:
(工)低的氧化还原电位,近可能接近锂的电位。负极材料的氧化还原电位越低,整个电池系统的 工作电位就会越高，这样锂离子电池将获得更高的能量；
(^)良好的电子传导率和锂离子迁移率。良好的导电性和锂离子迁移率可以保证电池反应的 快速发生,从而保证电池系统能够进行快速充电；
〔3》结构稳定，容量高。负极材料应该具有锂离子容易脱嵌的结构，并且在发生锂离子脱嵌的过 程中，其结构应该保持稳定,具有稳定的循环性能；
⑷与电解液有很好的兼容性，并且不与电解液反应；
巧)制备容易、成本低、环保、无毒性等。
1碳基负极材料
自从索尼公司用碳材料作负极的商品化锂离子电池以来，人们对碳负极进行了广泛研究。
目前使用的碳基负极材料主要包括石墨和无定形碳两大类。石墨因导电性好、结晶度高、层状 结构有利于锂离子的脱嵌，工作电位与金属锂相近等优点而被广泛研究，同时石墨也是最早实
现商业化的碳负极材料，其理论比容量为372111八1^，在实际应用中容量可达33010^11/8左右阁 。无定形碳主要包括硬碳和软碳两种,软碳为经25001以上高温处理后能石墨化的无定形碳，其中典型代表为中间相碳微球(从匸―)，其石墨化程度低，可逆容量约为为320 111入化8|9|；硬碳 通常为难以石墨化的碳，即使在25001下也难以石墨化，一般具有比较大的比表面积，主要为 特殊结构的高分子聚合物的热解碳，具有单层碳原子的无序排列结构，层间距比较大以及在层 间中存在着大量的微孔,这就大大的增加储锂面积，所以硬碳基本上都具有较高的嵌锂容量，可达到50011认11/8以上⑽1。然而此类材料都具有密度小和首次库企效率低等缺点而难以满足 商业化锂离子电池的要求，通常被用作其他负极材料的添加剂以增加电导率。近年来，越来越 多的纳米级别的新型碳材料被发现，如碳纳米管、多孔碳、碳纳米纤维和石墨稀等⑴―131，这些材 料因具有特殊的纳米结构,使得它们的比容量比普通碳基材料高。碳纳米管因直径小，比表面 积大，从而可以提供很多的锂离子嵌入活性点，从而具有很高的比容量;另外，碳纳米管的良好
的电子和离子传导性，使材料具有很好的倍率性能。但是，碳纳米管产率很低，不适合广泛的商 业应用，一般被作为碳源与其他负极材料进行复合以增加电导率。石墨稀这一颗科学界的“新 星”，因具有优异的电导率、极高的比表面积(约机械柔朝性好等特点被广泛研究。由于石墨稀极高的比表面积和猎皱结构，使得锂离子不仅可以存储在石墨炼的片面上，还可以 存储在石墨稀的边沿、缺陷以及其他位置，从而具有较高的比容量。―等人〃31用石墨炼作为 锂离子电池负极材料测得其比容量约为540 0^/8人目前，石墨稀主要应用于与金属氧化物 进行复合从而提高氧化物的导电性，改善其循环性能。
2合金类负极材料
金属锂用作负极材料时易产生枝晶，而用锂合金替换可以有效的避免此现象的发生，从而提高 电池的安全性|141。锂合金材料一般为金属锂与金属类或半金属类元素之间进行合金化的产物，这些元素主要集中在第4和第5主族,如：51，机灰8，55 ？1？，？和8丨。还有一些像从20，01，八8，八11，把，03和和从8金属元素也可以形成锂合金材料，其中研究最广泛的合金材料为31115’16】和30丨17’181合金类材料。
2.1锂离子电池挂基负极材料
在硅基负极材料中1个桂原子最多可以与4.4个锂离子反应形成1^.451合金，使得其理论容量高达4200 0^/8，其值最接近于金属锂。另外8丨还具有无毒环保,嵌锂电位低并且资源 丰富等优点，这些特性使得51成为有望取代石墨的一种理想材料。但是，3丨在充放电过程中会 出现严重的体积变化，其变化量通常高达280 ^0-300 9^，巨大的体积变化将产生很大的应力,从
使得容量快
而出现电极材料的结构失稳、电极粉化等现象，甚至出现电极材料与集流体脱离，
速衰减，这也是桂基材料未取得广泛应用的主要原因。目前,改善31基材料循环性能的办法主 要有制备3丨纳米材料和利用碳基材料与3丨复合。
2.2锂离子电池锡基负极材料
自从1997年日本1^16110公司发现无定形锡基氧化物具有较长的循环寿命和较高
的可逆容量以来,锡基负极材料引起广泛的关注㈣。与桂基材料类似,锡基材料中1个50原子 可以和4.4个锂离子反应形成1^.4311合金，其理论容量可达到990 纟,但是锡基材料也面 临着充放电过程中体积膨胀(约100 9^-300 的问题，从而极大的限制了其广泛的商业化应用 。锡基氧化物最常用的改性办法主要有合成具有较大比表面积纳米材料,有效缓解充放电过
程中的巨大体积变化，从而有效改善材料的循环性能。另一种有效方法为与碳材料进行复合
形成复合材料，其中碳对30颗粒进行表面包覆，可以有效缓冲体积膨胀，防止活性颗粒团聚，同 时也还可进一步提高材料的导电性。另外，碳材料本身也是一种很好的嵌锂材料，并且其结构
硅负极材料在锂离子电池中的应用
新型硅负极材料在锂离子电池中的应用研究 吴孟涛 天津巴莫科技股份有限公司 当今社会便携式可移动电子设备的高速发展极大的刺激了市场对重量轻体积小容量和能量密度更高的锂离子电池的需求。目前商业化锂离子电池都是以碳基材料作为负极的，但由于石墨负极的可逆容量只有372mAh/g (LiC6)，严重限制了未来锂离子电池的发展，所以研发下一代锂离子电池负极材料成为新的热点。人们发现在Li22Si5中硅的恒流理论容量达到了4200mAh/g，是极具开发潜力的锂离子负极材料。但这种材料的缺点也很突出：在嵌锂和脱锂过程中材料体积会发生膨胀，微观结构发生改变而导致在嵌锂脱嵌过程中电极的断裂和损耗[1]。虽然不少文献提出了很多改进方法但由于制备出的硅薄膜材料厚度较薄，不适宜商业化生产。为了使硅负极可以应用于实际生产，我公司以无定形硅薄膜溅射在铜箔上成功制备出了厚度大于1μ的硅薄膜负极材料并与市场上的LiCoO2制成电池进行了一系列循环和倍率性能测试。 1 实验： 硅薄膜是以物理溅射的方法在表面粗糙的铜箔上的[2]。表面形貌分析应用的是HRTEM(FEI Tecnai20).制备出的硅薄膜材料在80℃下真空干燥24h，与市场上销售的LiCoO2在手套箱中组成2025扣式全电池。电解液为1M LiPF6/EC+DMC(体积比1：1)；隔膜使用的是Celgard-2300。所有倍率试验和循环性能试验都是在电脑控制的25±1℃恒温系统中进行的。 2结果与讨论： 图1是循环前硅薄膜材料的HRTEM图和SAED图，从图中可以清楚看出涂在铜箔上的硅薄膜是无定形状态的。 图1 硅薄膜材料的HRTEM图和SAED图
过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的类型以及改性
二○一五年专业课论文 过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的 类型以及改性研究 学院：材料科学与工程学院 专业：材料物理与化学 姓名：崔宇 学号：2014231015
过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的类型以及改性研究 崔宇 长安大学材料科学与工程学院,陕西西安,710049 摘要系统的介绍了锂离子电池负极材料的类型,原理以及电化学性能?叙述了对不同的材料的改性办法?简要介绍了氧化物材料的纳米改性和复合改性,对以后可能展开的研究方向提出指导? 关键词锂离子电池负极;纳米改性 Types of transition metal oxide anode material for lithium-ion batteries and modification Abstract Systems introduces the type of anode material for lithium-ion batteries, principle and electrochemical properties. Modified approach to the different materials is described. Introduced and modification of nano-modification of oxide materials, possible research direction in the future. Keywords Lithium ion battery; Nano modified 0引言 伴随着互联网移动化的进程,诞生出越来越多的移动设备?随着智能手机的普及,电池这一性能瓶颈带来的问题日益突出?因此,研发出新的具有更强性能的锂电池成为当下的热点方向?由于手机对于锂电池的容量要求极高,而且它具有较高的利润,因此使用一些金属元素来代替现有的碳材料成为可能?目前,传统的石墨负极材料理论比容量为372mAh/g,已不能满足新一代高比容量电池负极材料的需求,为此,开发新型高比容量锂离子电池负极材料显得迫在眉睫[1-2]?与传统的石墨负极相比,过渡金属氧化物拥有高的理论容量和首次充放电容量?然而由于它们存在首次库仑效率低?高倍率充放电容量低和循环稳定性较差等缺陷,限制了其广泛应用[3-5]?与正极材料一样,负极材料也是影响锂离子电池性能的重要因素之一,是锂离子电池发展的主要研究内容?它经历了3个阶段的发展,分别是最初的金属锂,锂合金和目前商业应用的碳材料?一般来说,理想的负极材料应满足以下要求[6-7]： (1)低的氧化还原电位,近可能接近锂的电位?负极材料的氧化还原电位越低,整个电池系统的工作电位就会越高,这样锂离子电池将获得更高的能量; (2)良好的电子传导率和锂离子迁移率?良好的导电性和锂离子迁移率可以保证电池反应的快速发生,从而保证电池系统能够进行快速充电; (3)结构稳定,容量高?负极材料应该具有锂离子容易脱嵌的结构,并且在发生锂离子脱嵌的过程中,其结构应该保持稳定,具有稳定的循环性能; (4)与电解液有很好的兼容性,并且不与电解液反应; (5)制备容易?成本低?环保?无毒性等? 1碳基负极材料 自从索尼公司用碳材料作负极的商品化锂离子电池以来,人们对碳负极进行了广泛研究?
锂电池负极材料大体分为以下几种
锂电池负极材料大体分为以下几种： 第一种是碳负极材料： 目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是锡基负极材料： 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。 第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。 第四种是合金类负极材料： 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，目前也没有商业化产品。 第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。 锂金属电池 锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极（负极）、以二氧化锰为阴极（正极），并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤10%)；工作温度范围－20℃～+60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。 锂离子电池 可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在±1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证安全、可靠、快速地充电。 现在手机已十分普遍，基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压，因为近年材料的变化，一般为3.7V，磷酸铁锂（以下称磷铁）正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V，磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V～3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同，一般为3.0V，磷铁为2.5V)。低于2.5V（磷铁2.0V）继续放电称为过放，过放对电池会有损害。
金属氧化物超级电容器简介
金属氧化物超级电容器简介 超级电容器，是一种介于普通静电电容器与二次电池之间的新型储能元件。由于它具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、无记忆、充放电效率高，不需要维护和保养等优点，因此在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有广阔的应用前景。世界各国都给予了高度重视，并将其作为重点开发项目和战略研究进行研发。 超级电容器储能机理超级电容器按原理可分为双电层电容器和赝电容电容器。作为第一类导体的电极与第二类导体的电解质溶液接触时，充电时则在电极 / 溶液界面发生电子和离子或偶极子的定向排列，形成双电层电容。双电层电容器的电极通常为具有高比表面积的多孔炭材料，目前常用的炭材料有 :活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物。 赝电容，也称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附或氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容。赝电容不仅在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面 积的情况下，贋电容可以是双电层电容量的10?100倍
金属氧化物超电容电极材料最新进展 对电极材料研究主要集中在各种活性炭材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料等。其中活性炭电极材料以产生的双电层为主，金属氧化物材料与导电聚合物材料以产生的贋电容为主，下面就介绍贋电容电极材料的研究进展情况。由于RuO2等活性物 质在电极/溶液界面法拉第反应所产生的 "准电容"要远大于活性炭材料表面的双层电容，有着广阔的研究前景，已经引起了不少研究者的重视。 1、超细微RuO2电极活性物质的制备与研究 超细微RuO 2电极活性物质以其优异的催化活性已经在卤碱工业中得到了广泛的应用，但利用其不同寻常的比容量作为电化学电容的活性物质仅仅是近几年的事情。T.R.JOW对这一活性 物质进行了系统的研究，他们使用溶胶凝胶方法制备了超细微 RuO 2颗粒，在175 C加热若干时间，然后制备成为电极进行测试，此种RuO 2电极活性物质具有优异的大电流充放电性能，其单电极比容量高达760F/g。JOW 认为制备含水的无定型的 RuO 2氧化物是加大材料电容量的关键，反应仅仅发生在氧化物电极表层。活性材料中加入大面积导电性碳黑后使材料的大电流放电性能有所改善，功率密度达到 100KW/Kg 。JOW制备的活性电极可在一52 C ?73 C的范围之内连续充放电 60 , 000次以上。JOW 等人给出的解释是 RuO 2 ?xH 2O由于是无定型态，电解液容易进入电极材料，由它
锂离子电池负极材料的研究进展
锂离子电池负极材料的研究进展 摘要：随着时代的进步，能源与人类社会的生存和发展密切相关，持续发展是全人类的、共同愿望与奋斗目标。矿物能源会很快枯竭，解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染是对国家经济和安全的挑战也是对科学技术界地挑战。电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已经成为全球经济发展的一个新热点本文阐述了锂离子负极材料的基本特性，综述了碳类材料、硅类材料以及这两种材料形成的复合材料作为锂离子电池负极材料的研究及开发应用现状。 关键词：锂离子电池负极材料碳/硅复合材料 引言：电极是电池的核心，由活性物质和导电骨架组成正负极活性物质是产生电能的源泉，是决定电池基本特性的重要组成部分。本文就锂离子电池的负极材料进行研究。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池。它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点，而且污染小，符合环保要求。随着技术的进步，锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天、生物医学工程等领域，因此,研究与开发动力用锂离子电池及其相关材料有重大意义。对于动力用锂离子电池而言，关键是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料，特别是负极材料的改善。 1、锂离子负极材料的基本特性 锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池负极材料应具备以下几个条件： (1) 应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌且在锂离子嵌入和脱出时无结构上的变化，以使电极具有良好的充放电可逆性和循环寿命； (2) 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。在锂离子的脱嵌过程中，电池有较平稳的充放电电压； (3) 首次不可逆放电比容量较小； (4) 安全性能好； (5) 与电解质溶剂相容性好； (6) 资源丰富、价格低廉； (7) 安全、不会污染环境。 现有的负极材料很难同时满足上述要求。因此，研究和开发新的电化学性能更好的负极材料成为锂离子电池研究领域的热门课题。 2、选材要求 一般来说，锂离子电池负极材料的选择主要要遵循以下原则：1、插锂时的氧化还原电位应尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；2、锂能够尽可能多地在主体材料中可逆的脱嵌，比容量值大；3、在锂的脱嵌过程中，主体结构没有或很少发生变化，以确保好的循环性能；4、氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能的少，这样电池的电压不会发生显著变化，可以保持较平稳的充放电：5、插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率，这样可以减少极化并能进行大电池充放电；6、具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面膜；7、锂离子在主体材料有较大的扩散系数，便于快速的充放电；8、价格便宜，资源丰富对环境无污染 3、负极材料的主要类型用作锂离子电池负极材料的种类繁多，根据主体相
锂离子电池碳负极材料研究进展
锂离子电池碳负极材料的研究进展 赵永胜 （河北工业大学化工学院应用化学系，天津 300130） 摘要综述了锂离子电池碳负极材料中石墨化碳、无定形碳和碳纳米材料近几年的研究成果及发展方向，探讨了该类材料目前存在的问题及解决办法，对该类材料的发展趋势进行了展望。 关键词锂离子电池负极材料碳材料 Research progress of carbon anode materials for lithium ion batteries Zhao Yongsheng （Department of Applied Chemistry，School of Chemical Engineering and Technology，Hebei University of Technology，Tianjin 300130）Abstract：The research achievements on three main aspects in the field of lithium ion battery carbon anode materials in recent years. Graphitized carbon,amorphous carbon,carbon nano-materials are summarized. The problems in these materials and the feasible methods to solve the problems are discussed. Finally, the developing trend of lithium ion battery carbon anode materials is prospected. Keywords：Lithium ion batteries；anode materials；carbon materials 自1991年日本索尼公司开发成功以碳材料为负极的锂离子电池（LixC6/LiX In PC-EC（1:1）/Li1-x CoO2）以来（LiX为锂盐），锂离子电池已迅速向产业化发展，并在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上大量应用[1]。自锂离子电池的商品化以来，研究的负极材料有以下几种：石墨化碳材料、无定向碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金[2]。本文着重对锂离子电池碳负极材料方面的研究进展进行评述。 1.碳基负极材料的分类 炭素材料的种类繁多，其结晶形式有金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管等，
锂离子电池的组成部分之负极(非常详细)
锂离子电池的组成部分之负极（非常详细） 2、负极（1） 此主题相关图片如下： 2、负极（2） 在负极材料部分，锂电池的负极材料主要是： A、石墨系碳（graphite） a、天然石墨 b、人工石墨 c、类石墨（如 MCMB , Meso Carbon Micro Beads） B、非石墨碳材（如焦碳系，coke） 由于石墨系的重量能量密度较高且材料本身的结构具有较高的规则性，所以第一次放电的不可逆电容量会较低，另外石墨系负极材料具有平稳工作电压作用，对电子产品的使用和充电器的设计较具优势。而另一种类的焦炭系与碳黑系﹝carbon black﹞的负极材料在第一次充放电反应的不可逆电容量很高，但是此材料可以在较高的C- rate下作充放电，另外此材料的放电曲线较斜，有利于使用电压来监控电池容量的消耗。 负极（3） 石墨为层状结构，由碳网平面沿C轴堆积而成，层间距为3.36A。平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，碳层间以弱的范德华力结合，锂嵌在碳层之间 石墨的实际比容量为320—340mAh/g。平均嵌锂电位约为0.1V（VS Li+/Li），第一周充放电效率约为8 2—84%，循环性能好，且价格低廉（＜10元/Kg）。 A、石墨类的制备 ①中间相碳微球（Mesophase Carbon Micro Beads, MCMB）是用煤焦油沥青、石油重质油等在350—5
00℃温度下加热并经分离、洗涤、干燥和分级等过程制得的平均粒径6-10微米的碳微球，然后于28000C 下进行石墨化热处理制得的碳材料。其外形呈球形，晶体结构同石墨基本一致。 MCMB的实际比容量约为310—330mAh/g，平均嵌锂电位约为0.15V（VS Li+/Li），第一周充放电效率约为88%—90%，循环性及大电流性能好，是目前为止最为理想的负极材料，但价格昂贵（约300元/Kg） 负极（4） A、石墨类的制备 ②气相成长碳纤（Vapor-Grown Carbon Fiber, VGCF） 以碳氢化合物经化学蒸镀（CVD）反应，再用不同温度经热处理而成 负极（5） B、非石墨类的制备 ①可石墨化碳类 ---- 软碳主要为焦碳﹝Coke﹞类，可由沥青或煤渣而来 2、负极（6） B、非石墨类的制备 ②不可石墨化类 ---- 硬碳（最具发展潜力） 硬碳不易石墨化。是一种与石墨不同的近似非晶结构的碳材料，晶体尺寸较小，通常在几个纳米以下，呈无规则排列，有细微空隙存在，是利用高分子先驱物（polymer precursor），在不同温度下经热解所形成的无次序碳材而得到。其主要特点：嵌锂容量高，一般可达600mAh/g以上。问题： A、第一周充放电效率低，一般不超过60% B、循环性能差 此主题相关图片如下： 负极（7）-锡基金属间化合物及复合物、锡基复合氧化物 Sn与Li能可逆地形成组成为Li4.4Sn的合金，七十年代开始就引起了人们的广泛关注。由于Sn贮锂—脱锂过程体积膨胀超过200%，极易引起电极粉化，导致循环性能迅速衰减。如何稳定材料结构，防止电极 粉化是一直以来研究的重点。 近年来，人们发现将Sn均匀的分布在对锂惰性的金属或化合物、复合物中，可较好地缓冲电极的膨胀， 抑制电极粉化问题，从而获得比较好的循环性能。
锂电池负极材料的研究进展
锂离子电池负极材料研究进展介绍 来源：中国燃料电池网时间：2015-09-08 09:11 编辑：周奕 我国能源生产量和消费量均已居世界前列，但在能源供给和利用形式上存在着一系列突出问题，如能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低、能源利用安全水平有待进一步提高。总体上讲，我国能源工业大而不强，与发达国家相比，在技术创新能力方面还存在较大差距。因此，提高能源利用效率，调整能源结构，开发和利用可再生能源将是我国能源发展的必然选择。为了解决我国能源工业所面临的难题，寻求替代传统化石燃料的可再生绿色能源显得尤为迫切。与此同时，随着人们环保意识的日益增强和对资源利用率的关注，可充电电池逐渐成为研究的焦点，而锂原电池的成功应用大大推动了锂离子电池的研究和发展，使锂离子电池成为关注的重点。 １锂离子电池发展状况 锂电池最早出现于１９５８年，２０世纪７０年代开始进入实用化［２］。由于具有重量轻、体积小、安全性好、工作电压高、能量密度高、使用寿命长等优点成为近年来最受关注的储能器件之一。随着世界全面步入信息时代，电子化和信息化己经成为各个领域的共同发展趋势，锂离子电池也被越来越多地应用于多个方面。医疗上，锂离子电池可以为心脏起搏器、助听器等设备供能，对于病人更安全、更便捷；交通上，锂离子电池己经被广泛应用于电动单车、电动汽车上；军事上，锂离子电池可为电磁武器充能，为小型定位系统供能，甚至作为潜艇等大型作战设备的备用动力源；航天上，锂离子电池可作为航天器及各种仪器设备的电力补充单元。 电池按工作性质可以分为一次电池和二次电池［３］。一次电池是指不可循环使用的电池，如碱锰电池、锌锰电池等。二次电池指可以多次充放电、循环使用的电池，如先
动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展
动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展 2010-11-10 14:45:06 中国石墨碳素网 文/苗艳丽杨红强岳敏 天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司 随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空气污染和室温效应也成为全球性的问题。为解决能源问题、实现低碳经济，基于目前能源技术的发展水平，电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向，美国、日本、德国、中国等国家相继限制燃油车使用，大力发展电动车。作为电动汽车的核心部件——动力电池也迎来了大好的发展机遇。动力电池是指应用于电动车的电池，包括锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等，其中，锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性，成为目前各国发展的重点。 国外政府及企业在动力锂离子电池研发上均做出了很大的努力。我国的锂离子电池产业起步虽较晚，但发展速度非常快，同时，政府给予了大力的支持。“十一五”期间，“863”电动汽车重大专项对混合动力（HEV）、外接充电式混合动力（PHEV）用锂离子电池关键材料和电池进行了专门的研究。 与锂离子电池其他部件相比，锂离子电池负极材料的发展较为成熟。在商业应用中，石墨类碳材料技术较为成熟，市场价格也比较稳定，但随着锂离子动力电池对能量密度、功率密度、安全等性能的要求不断提升，硬碳、钛酸锂（Li4Ti5O12）、合金等其他材料也相继成为研究热门。 一、动力锂离子电池负极材料简介 1.动力锂离子电池负极材料特性 锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜和其他附属材料组成。锂离子电池负极材料要求具备以下的特点：①尽可能低的电极电位；②离子在负极固态结构中有较高的扩散率；③高度的脱嵌可逆性；④良好的电导率及热力学稳定性；⑤安全性能好；⑥与电解质溶剂相容性好；⑦资源丰富、价格低廉；⑧安全、无污染。 2.动力锂离子电池负极材料主要类型 早期人们曾用金属锂作为负极材料，但由于存在安全问题没有大规模商业应用。目前，对锂离子电池负极材料的研究较多有：碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂、过渡金属氧化物等。本文将主要介绍3类负极材料：碳材料、合金材料（锡（Sn）、硅（Si）等）和钛酸锂。 （1）碳材料 碳材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池生产的负极材料，至今仍然为大家关注和研究的重点。碳材料根据其结构特性可分成3类：石墨、易石墨化碳及难石墨化碳（也就是通常所说的软碳和硬碳）。软碳主要有中间相炭微球、石油焦、针状焦、碳纤维等；硬碳主要有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇PFA-C 等)，有机聚合物热解碳(包括聚乙烯醇基、聚氯乙烯基、聚丙烯腈基等)以及碳黑等。由于软碳与石墨的结晶性比较类似，一般认为它比硬碳更容易插入锂，即更容易充电，安全性也更好些。 石墨类碳材料技术比较成熟，在安全和循环寿命方面性能突出，并且廉价、无毒，是较为常见的负极材料。常规锂离子电池负极材料包括天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球和石油焦类人造石墨。天然石墨和天然石墨改性材料价格比较低，但是在充放电效率和使用寿命方面有待进一步提高。中间相炭微球结构特殊，呈球形片层结构且表面光滑，直径在5～40μm之间，该材料独特的形貌使其在比容电量（可达到330mAh/g以上）、安全性、放电效率、循环寿命（循环次数达到2000次以上）等方面具有显著优势，但是成本有待降低。石油焦类的产品在放电效率和循环寿命方面比较突出，但存在着高成本和制备工艺复杂的问题。 近年来，随着研究工作的不断深入，研究者发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，有利于锂在其中的嵌入－脱
锂离子电池负极材料发展历程
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正极材料、使用非水电解质溶液的电池。优点：绿色环保，不论生产、使用和报废，不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。 电池原理： 组成材料主要包括：负极材料、正极材料和隔膜。 在充放电过程中，锂离子在正负极之间来回运动。充电时，锂离子从正极脱出，经过隔膜嵌入到负极中。放电时，锂离子再从负极中脱出，重新回到正极。由此可以看出锂电池的正、负极材料都要有良好的嵌入、脱出锂离子的能力。一般来说，锂离子电池的总比容量是由正极材料的比容量、负极材料的比容量及电池的其它组分决定的，因此，我们迫切需要提高正负极材料的比容量。 负极材料： 碳材料：商业化锂电池负极材料一般为碳作为基质的材料，包括石墨、中间相碳微球、碳纳米管等。虽然碳材料作为锂离子电池负极具有较好的循环性能，但已基本达到其理论极限容量（石墨理论比容量为372mAh/g），限制了电池的性能。另外实际应用中也暴露出碳负极存在许多缺陷：在快速充电或低温充电易发生“析锂”现象引发安全隐患；有机电解液中会形成钝化层，引起初始容量损失；这些因素直接制约了锂离子电池的进一步发展。因此，高能动力型锂离子电池的发展需要寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极来取代碳负极材料。 其中锡基负极材料具有质量与体积比能量高，价格便宜，无毒副作用，加工合成相对容易等优点，因此一经提出就受到研究者的广泛关注。 研究表明，当负极材料的比容量在1000～1200 mAh/g时可以显著提高锂离子电池的总比容量。在各种非碳负极材料中，硅的理论比容量为4200mAh/g，具有明显的优势，因此吸引了越来越多研究者的目光。 硅-非金属体系：在此复合体系中，硅颗粒作为活性物质，提供储锂容量;非金属相作为分散基体，缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化，保持电极结构的稳定性，并维持电极内部电接触。目前主要有硅-碳复合体系、硅-玻璃/陶瓷体系、硅的氧化物、金属氮化物等体系。其中,碳类负极材料具有良好的导电性，在充放电过程中体积变化很小，循环稳定性能好。与硅结合可以很好的改善硅的体积膨胀，提高其电化学稳定性。因此，硅-碳复合材料成为当前负极材料的研究的热点。
四种锂电池负极材料的PK
四种锂电池负极材料的PK 作者：中国储能网新闻中心来源：电池中国网发布时间：2016-8-8 18:46:00 中国储能网讯：负极材料作为锂电池四大组成材料之一，在提高电池 的容量以及循环性能方面起到了重要作用，处于锂电池产业中游的核心环节。调研显示，2015年中国负极材料产量7.28万吨，同比增长42.7%，国内产值为38.8亿元，同比增长35.2%。这标志着锂电池负极材料市场 迎来了发展的春天。 负极材料分类众多，其中石墨类碳材料一直处于负极材料的主流地位。编辑总结发现，近日受到追捧的石墨烯概念、业内使用较为普遍的人工石墨、性能稳定的中间相碳微球以及有“新大陆”之称的硅碳复合材料，在 负极材料领域形成了“四方争霸”的局面。下面就让编辑带大家了解一下 这“四方霸主”的厉害吧。 独占一方的石墨烯 石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，因为质地薄、硬度大且电子移动速度快而被科学家广泛推崇，并冠以“新材料之王”的
美誉。尽管这位“王者”优异的化学性能被新能源市场所看好，但是至今 为止依然停留在“概念化”的阶段。 如果将石墨烯用作锂电负极材料的话，需要独立的上下游产业链、昂 贵的价格还有复杂的工艺，这让众多负极材料厂商望而却步。尽管如此， 国内依然有一些企业砥砺前行，目前中国安宝、大富科技以及贝特瑞等知 名企业已经开始布局石墨烯产业。 但是，行业内关于石墨烯用作负极材料的质疑也在不断发酵，有人认 为石墨烯的振实和压实密度都非常低，又加之成本昂贵，作为电池负极材 料前景十分渺茫。但是鉴于它的热潮还在持续，说它是“一方霸主”也不 为过。 控制“主场”的人工石墨 目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主，这两种石墨各有优劣。湖州创亚总经理胡博表示：“天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜，但吸液及循环性能差一些；人造石墨工艺复杂些、价格贵些，但循环及安 全性能较好。通过各种手段的技术改进，这两种石墨负极材料都可以‘扬 长避短’，但就目前来看，人造石墨用于动力电池上占据一定的优势”。 而这一说法也在市场中得到了印证。相关媒体调研数据显示，今年第 一季度中国天然石墨产量4770吨，同比增长16.3%；人造石墨出货15160吨，同比增长110.5%。从以上数据来看，人造石墨出货量远高于天然石墨，而造成这一现象的重要原因，是今年以来市场对动力电池的强 劲需求。 性能稳定的中间相碳微球 中间相碳微球具有高度有序的层面堆积结构，是典型的软碳，石墨化 程度较高，结构稳定，电化学性能优异。据中咨网研究部统计数据显示，2012年中国负极材料出货量为27650吨，其中天然石墨出货量占比59%，人造石墨30%，石墨化中间碳微球8%。就此说来，中间相碳微球是仅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳类负极材料。
过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的
1# 二〇一五年专业课论文 过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的 类型以及改性研究 学院：材料科学与工程学院 专业：材料物理与化学 姓名：崔宇 学号：2014231015
过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的类型以及改性研究 崔宇 长安大学材料科学与工程学院，陕西西安，710049 摘要系统的介绍了锂离子电池负极材料的类型，原理以及电化学性能。叙述了 对不同的材料的改性办法。简要介绍了氧化物材料的纳米改性和复合改性，对以 后可能展开的研究方向提出指导。 关键词锂离子电池负极;纳米改性 1^)68。尤113118111011 1116(31 0X1(16 3110(16 111^(61131 丘)!"11111111111-1011 1)3110068 311(1 010(1150&11011 ^1)8(1*301：578161118 11111:0(111068 1116 1^00丨3110(16 013160&1^01 111111111X1-10115&11611685 1)1111011)16 &11(1 616(11001161111031 口!：。!^!"!^. ^10(11^10(1 3卯1034:11 10 1110 出汝1601 0121611318 18 30(1 1110(11110311011 0^ II&110-1110(11^10311011 0X1(1^ 01^611318，1)0881616168631011411160110111111^16&11116. 01111111111011 5&1161^；^3110010(11 丘6(1 0引言 伴随着互联网移动化的进程，诞生出越来越多的移动设备。随着智能手机的普及，电池这一性 能瓶颈带来的问题日益突出。因此，研发出新的具有更强性能的锂电池成为当下的热点方向。由于手机对于锂电池的容量要求极高，而且它具有较高的利润，因此使用一些金属元素来代替 现有的碳材料成为可能。目前，传统的石墨负极材料理论比容量为37210^，已不能满足新一 代高比容量电池负极材料的需求，为此，开发新型高比容量锂离子电池负极材料显得迫在眉睫 丨1气与传统的石墨负极相比，过渡金属氧化物拥有高的理论容量和首次充放电容量。然而由于 它们存在首次库仑效率低、高倍率充放电容量低和循环稳定性较差等缺陷，限制了其广泛应 用|341与正极材料一样，负极材料也是影响锂离子电池性能的重要因素之一,是锂离子电池发 展的主要研究内容。它经历了 3个阶段的发展，分别是最初的金属锂，锂合金和目前商业应用 的碳材料。一般来说,理想的负极材料应满足以下要求1671: (工)低的氧化还原电位,近可能接近锂的电位。负极材料的氧化还原电位越低,整个电池系统的 工作电位就会越高，这样锂离子电池将获得更高的能量； (^)良好的电子传导率和锂离子迁移率。良好的导电性和锂离子迁移率可以保证电池反应的 快速发生,从而保证电池系统能够进行快速充电； 〔3》结构稳定，容量高。负极材料应该具有锂离子容易脱嵌的结构，并且在发生锂离子脱嵌的过 程中，其结构应该保持稳定,具有稳定的循环性能； ⑷与电解液有很好的兼容性，并且不与电解液反应； 巧)制备容易、成本低、环保、无毒性等。 1碳基负极材料 自从索尼公司用碳材料作负极的商品化锂离子电池以来，人们对碳负极进行了广泛研究。
锂离子电池负极材料介绍及合成方法
锂离子电池负极材料介绍及合成方法 目前，锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负极材料等。作为锂离子电池负极材料要求具有以下性能：（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高； （2）在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度，即可逆的x值尽可能大； （3）在插入/脱插过程中，锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样尽可能大； （4）氧化还原电位随x的变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电； （5）插入化合物应有较好的电导率和离子电导率，这样可减少极化并能进行大电流充放电； （6）主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的SEI 膜； （7）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI 膜后不与电解质等发生反应； （8）锂离子在主体材料中有较大的扩散系数，便于快速充放电； （9）从实用角度而言，主体材料应该便宜，对环境无污染。 一、碳负极材料 碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。 目前，已研究开发的锂离子电池负极材料主要有：石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球（MCMB）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有应用价值。 石墨类碳材料的插锂特性是：（1）插锂电位低且平坦，可为锂离子电池提供高的、平稳的工作电压。大部分插锂容量分布在0.00~0.20V之间(vs. Li+/Li)；（2）插锂容量高，LiC 6 的理论容量为372mAh.g-1;（3）与有机溶剂相容能力差，易发生溶剂共插入，降低插锂性能。 石油焦类碳材料的插、脱锂的特性是：（1）起始插锂过程没有明显的电位平 台出现；（2）插层化合物Li x C 6 的组成中，x=0.5左右，插锂容量与热处理温度 和表面状态有关；（3）与溶剂相容性、循环性能好。 根据石墨化程度，一般碳负极材料分成石墨、软碳、硬碳。 1、石墨 石墨材料导电性好，结晶度较高具有良好的层状结构，适合锂的嵌入-脱嵌，形成锂-石墨层间化合物，充放电容量可达300mAh.g-1以上，充放电效率在90%
锂离子电池负极材料的研究进展
锂离子电池负极材料的研究进展 摘要：锂离子电池作为一种电源应用很广泛，但是在应用中存在一些不足，选取电化学性能良好的正负极材料是提高和改善锂离子电池电化学性能最重要的因素。简单介绍锂离子电池的电化学反应原理和从新型碳材料、硅基负极材料、锡基负极材料三方面锂离子电池的研究状况，并展望了锂离子电池负极材料的发展趋势。 关键词：锂离子电池；负极材料；研究现状 0 引言 目前全球最具潜力的可充电电池是锂离子电池。用碳负极材料的商品化的锂离子电池可逆比容量已达350 mA?h/g，快接近理论比容量372mA?h/g[1]。随着全球化的加快，科技日新月异，电子产品日益普及，发展中的电动汽车等对电池能源提出了更高的要求，其中主要包括能量密度、使用寿命等[2]。开发新型、廉价的负极材料是锂离子电池研究的热点课题之一。就目前而言，主要有新型碳材料、锡基材料、硅基材料等，本文研究了这些新型负极材料的研究现状及未来的发展方向。 1锂离子电池的电化学反应原理 锂离子电池是指用锂离子嵌入化合物作为正负极的二次电池.锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径,目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物,如LixCoO2,LixNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等,这些正极材料的插锂电位都可以达到 4 V以上(vs.Li+/Li)[3].负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6,其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等的有机溶液。 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池,正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,此时负极处于富锂态,正极处于贫锂态;放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态,负极处于贫锂态.锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关[3]。 2新型碳材料 在新型碳负极方面，未来的发展将主要集中在高功率石墨类负极及非石墨类高容量碳负极，以满足未来动力和高能电池的需求。新型碳材料：如碳纳米管(CNT)
2018年锂离子电池负极材料行业分析报告
2018年锂离子电池负极材料行业分析报告 2018年1月
目录 一、行业管理 (5) 1、行业主管部门 (5) 2、行业监管体制 (5) 3、行业主要法律法规和政策 (5) （1）电池与电池材料行业相关法律法规和措施 (5) （2）终端应用相关政策措施 (7) 二、锂离子电池与负极材料简介 (10) 1、锂离子电池简介 (10) 2、锂离子电池负极材料简介 (12) 三、下游行业：锂离子电池行业分析 (13) 1、全球锂离子电池行业高速发展 (14) 2、中国锂离子电池行业影响力日益加强 (14) 3、国内锂离子电池产业结构分析 (16) （1）动力电池异军突起 (16) ①产业导入期（2009-2013年） (16) ②快速增长期（2014年至今） (17) （2）消费电池为最大应用领域 (19) （3）储能电池尚待发力 (20) 4、区域分布：广东及周边区域先发优势明显 (21) 四、锂离子电池负极材料行业分析 (23) 1、负极材料产量保持快速增长 (23) 2、石墨类负极材料占据主导地位，人造石墨上升较快 (24) 3、华南、华东区域为主要聚集地 (26) 五、行业竞争格局 (27) 1、产能集中度持续提高 (27) 2、地域集群正在形成 (28)
六、进入行业的壁垒 (29) 1、客户壁垒 (29) 2、资金壁垒 (29) 3、技术壁垒 (30) 4、规模壁垒 (30) 七、市场供求和竞争状况 (31) 1、人造石墨负极材料当前的市场供求情况 (31) （1）产销率 (31) （2）毛利率 (32) （3）新能源汽车补贴政策调整的影响 (32) 2、企业销售情况 (33) 3、市场容量及未来增长趋势 (33) 八、行业主要企业简况 (34) 1、贝特瑞 (34) 2、上海杉杉 (35) 3、江西紫宸 (35) 4、深圳斯诺 (36) 5、星城石墨 (36) 6、翔丰华 (36) 7、正拓能源 (37) 8、日立化成 (37) 9、三菱化学 (37) 九、行业周期性、区域性和季节性特点 (38) 1、周期性 (38) 2、区域性 (38) 3、季节性 (39) 4、政策相关性 (40) 十、影响行业发展的因素 (41)
锂离子电池负极材料的研究进展
锂离子电池负极材料的研究进展 作者：佚名来源：本站整理发布时间：2009-10-28 10:09:44 [收藏] [评论] 锂离子电池负极材料的研究进展 摘要：锂离子电池的石墨负极材料已商品化，但还存在一些难以克服的弱点。寻找性能更为优良的非碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。综述了在锂离子电池中已实际使用的碳素类负极材料的特点和研究进展情况；介绍了正在探索中的锂离子电池非碳负极材料的研究现状。 关键词：锂离子电池；负极材料；非碳负极材料；研究进展 锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。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。 一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小(<10m2/g)，真密度高(>2.0g/cm3)；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。目前，已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米负极材料，以及其他的一些金属间化合物等。文章将已实用的碳素材料和正在探索的非碳材料的研究现状作简要介绍。 1 碳负极材料 1.1 石墨石墨材料导电性好，结晶度较高，具有良好的层状结构，适合锂的嵌入-脱嵌，形成锂-石墨层间化合物Li-GIC，充放电比容量可达300mAh/g以上，充放电效率在90％以上，不可逆容量低于50mAh/ g。锂在石墨中脱嵌反应发生在0~0.25V左右(vs. Li+/Li)，具有良好的充放电电位平台，可与提供锂源的正极材料LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4等匹配，组成的电池平均输出电压高，是目前锂离子电池应用最多的负极材料。石墨包括人工石墨和天然石墨两大类。人工石墨是将易石墨化炭(如沥青焦炭)在N2气氛中于1900~2800℃经高温石墨化处理制得。常见人工石墨有中间相碳微球(MCMB)和石墨纤维。天然石墨有无定形石墨和鳞片石墨两种。无定形石墨纯度低，石墨晶面间距(d002)为0.336nm。主要为2H晶面排序结构，即按ABAB ……顺序排列，可逆比容量仅260 mAh/g，不可逆比容量在100mAh/g以上。鳞片石墨晶面间距(d002)为0.335nm，主要为2H+3R晶面排序结构，即石墨层按ABAB……及ABCABC……两种顺序排列。含碳99％以上的鳞片石墨，可逆容量可达 300~350mAh/g。由于石墨间距(d002=0.34nm)小于锂-层间化合物Li-GIC的晶面层间距(d002=0.37nm)，致使在充放电过程中，石墨层间距改变，易造成石墨层剥落、粉化，还会发生锂与有机溶剂共同嵌入石墨层及有机溶剂分解，将影响电池循环性能。因此，人们又研究了其他的一些石墨材料，如改性石墨和石墨化碳纤维。 1.2 软碳软碳即易石墨化碳，是指在2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳。软碳的结晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面间距(d002)较大，与电解液的相容性好，但首次充放电的不可逆容量较高，输出电压较低，无明显的充放电平台电位。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。 1.3 硬碳硬碳是指难石墨化碳，是高分子聚合物的热解碳，这类碳在2500℃以上的高温也难以石墨化。常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇 PFA-C等)、有机聚合物热解碳(PVA，PVC，PVDF， PAN