氧化锡复合3D石墨烯锂离子电池负极材料概述
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目 录
• 引言 • 石墨烯基固态柔性锂电池概述 • 石墨烯基固态柔性锂电池的制造
工艺和技术 • 石墨烯基固态柔性锂电池的性能
表现与测试
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目 录
• 石墨烯基固态柔性锂电池的市场 前景与挑战
• 研究展望与未来发展建议 • 参考文献
降低生产成本
通过开发新的制备工艺和优 化生产流程，降低石墨烯基 固态柔性锂电池的生产成本 ，以促进其在电动汽车、可 穿戴设备等领域的应用。
加强安全性和可 靠性研究
针对石墨烯基固态柔性锂电 池在高温、低温、快速充放 电等极端条件下的安全性和 可靠性问题，应加强研究， 确保其在不同应用场景下的 稳定性和可靠性。
备。
研究目的和意义
研究石墨烯基固态柔性锂电池的目的是为了提高电池的能量 密度、安全性和循环寿命，同时实现电池在曲面和便携式设 备中的应用。
该研究的意义在于推动电池技术的创新发展，满足人们对高 能量密度、安全性和便携性的需求，为未来的能源存储和便 携式设备市场提供新的解决方案。
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石墨烯基固态柔性锂电池概述
石墨烯基固态柔性锂电池的定义与特点
定义
石墨烯基固态柔性锂电池是一种以石墨烯为基础材料，采用固态电解质代替传 统液态电解质的柔性电池。
特点
具有高能量密度、长寿命、快速充放电、安全性好、柔性可弯折等特点。
石墨烯基固态柔性锂电池的工作原理
正极材料
通常采用锂过渡金属氮化物或磷化物等材料 。
电池结构设计与优化
电池结构设计
石墨烯基固态柔性锂电池的结构设计需要充分考虑电池的柔性和稳定性。通常采用多层结构，包括石 墨烯电极层、固态电解质层、集流体等。
石墨烯正负极材料
石墨烯正负极材料
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、导热性和机械性能。
在锂离子电池中，石墨烯正负极材料是关键组成部分之一。
石墨烯正极材料通常采用氧化铁锂(LiFePO4)、三元材料(NCM)或磷酸铁锂(LFP)等化合物作为主要成分。
这些化合物具有较高的能量密度和较长的循环寿命，能够提供稳定的电压平台和较高的充放电效率。
此外，石墨烯还可以通过掺杂其他元素来改善其电化学性能，例如硅、锡等。
石墨烯负极材料通常采用天然石墨、人造石墨或复合石墨等作为主要成分。
这些材料具有良好的导电性和稳定性，能够有效地吸收和释放锂离子。
此外，石墨烯还可以通过表面修饰和结构调控等方式来提高其电化学性能，例如增加表面积、改善结晶度等。
石墨烯正负极材料在锂离子电池中发挥着重要作用。
它们不仅能够提供高能量密度和长循环寿命，还能够提高电池的安全性能和稳定性。
随着石墨烯技术的不断发展和完善，相信未来会有更多新型的石墨烯正负极材料被应用于锂离子电池领域。
“王者归来”——金属Li负极全面解读
“王者归来”——金属Li负极全面解读说起锂离子电池就不得不提起日本的索尼公司，在1992年日本索尼公司推出了全球首款以碳材料为负极，含锂金属氧化物为正极的商用锂离子电池，这也标志着一个全新储能时代的到来，随后经过几十年的发展，锂离子电池的各项性能逐步提高，几乎已经占领了整个消费电子市场。
其实在索尼公司推出锂离子电池之前，采用金属锂负极的锂电池已经经过了数十年的发展，但是受制于金属锂负极的安全性问题，使得当时的锂电池只能作为一次电池使用，并且高昂的成本也极大的限制了锂电池的应用领域，因此在消费级市场很难见到锂电池的身影。
随着索尼推出首款商业化锂离子电池，锂离子电池在与锂电池的竞争中暂时占据了上风，但是随着人们对能量密度要求的不断提高，锂离子电池已经很难满足日益提高的比能量的需求，于是具有高比容量天然优势的金属锂负极上演了一场'王者归来'大戏，今天我们就带大家跟随斯坦福大学的Dingchang Lin，Yayuan Liu和Yi Cui的脚步，一起对金属锂负极进行一次全面而深刻的剖析。
金属锂的比容量为3860mAh/g，电化学势为-3.04V（vs标准氢电极），是一种非常理想的锂电池负极材料。
如上图所示，目前锂离子电池的比能量可达250Wh/kg，但是如果我们将锂离子电池的负极更换为金属锂，那么我们就可以获得440Wh/kg的比能量，而像Li-S 和Li-空气电池比能量则能够达到650Wh／kg和950Wh/kg的比能量。
要使用金属锂作为锂离子电池的负极材料，我们还需要克服一下几个难题：安全性和循环寿命。
困扰金属锂负极的主要问题主要是锂枝晶的问题，如下图所示，在循环过程中，由于局部极化的因素，使得金属锂表面生长锂枝晶，当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜，引发安全问题，此外如果锂枝晶发生断裂，就会形成'死锂'，造成电池容量损失，因此锂枝晶是挡在金属锂负极应用路上最大的障碍。
全固态锂电池负极材料及其主要作用
全固态锂电池负极材料及其主要作用全固态锂电池是一种新型的锂离子电池技术，以固态材料取代传统液体电解质。
其中，负极材料在全固态锂电池中起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的全固态锂电池负极材料及其主要作用。
一、锂金属锂金属是全固态锂电池中最常见的负极材料之一。
它有很高的比容量和充放电效率，能够提供更高的电池能量密度和长循环寿命。
然而，锂金属的安全性问题限制了其在商业化应用中的使用。
由于锂金属的极化效应和表面电位的变化，会导致锂枝晶的生长，进而引发电池短路、过热、甚至爆炸等问题。
因此，在实际应用中，需要通过添加表面保护层等措施来解决这一问题。
二、锂钛氧化物（Li4Ti5O12）锂钛氧化物是全固态锂电池中常用的负极材料之一。
与锂金属相比，锂钛氧化物具有更高的安全性和稳定性。
它在锂离子的嵌入/脱嵌过程中不会发生化学反应，因此不会导致枝晶生长和电池短路等问题。
锂钛氧化物的长循环寿命使其成为高能量密度和高功率密度的全固态锂电池的理想负极材料。
三、锂硅合金（Li-Si）锂硅合金是一种具有较高理论比容量的全固态锂电池负极材料。
由于硅具有很高的锂嵌入容量，锂硅合金能够提供更高的能量密度。
然而，硅在锂离子嵌入和脱嵌过程中容易发生体积膨胀和收缩，这导致了负极材料的破裂和严重容量衰减。
因此，需要开发新的纳米结构和包覆技术来解决这个问题。
四、碳材料碳材料是全固态锂电池中常见的负极材料之一。
它具有良好的化学稳定性和导电性能，能够提供稳定的循环性能。
碳材料中的石墨是最常用的负极材料，具有较高的比容量和循环寿命。
此外，碳纳米管、石墨烯等新型碳材料也被广泛研究，它们具有更高的导电性和更大的比表面积，能够提供更高的能量密度和功率密度。
总之，全固态锂电池负极材料的选择对电池的性能和安全性有着重要的影响。
锂金属、锂钛氧化物、锂硅合金和碳材料都是常见的负极材料，它们分别具有不同的特点和优势。
通过进一步的研究和开发，全固态锂电池负极材料的性能和循环寿命将得到进一步的提升，从而促进全固态锂电池的商业化应用。
锂电池石墨烯负极材料生产项目可行性研究报告
锂电池石墨烯负极材料生产项目可行性研究报告可行性研究报告：锂电池石墨烯负极材料生产项目一、项目背景与目标随着移动电子设备和新能源汽车的普及，锂电池作为一种高能量密度的能源储存装置，需求量不断增加。
石墨烯是一种新兴材料，具有优异的导电性和机械性能，被广泛应用于新能源领域。
本项目旨在建设一座锂电池石墨烯负极材料生产基地，满足市场对于高性能锂电池的需求。
二、市场前景分析1.锂电池市场：锂电池市场近年来快速增长，主要驱动因素是新能源汽车市场的快速发展。
根据市场调研数据，预计全球锂电池市场规模将在2025年达到600亿美元。
2.石墨烯市场：石墨烯作为一种新兴材料，具有广阔的应用前景，尤其是在能源存储领域。
根据市场预测，2025年全球石墨烯市场规模将达到160亿美元。
三、技术可行性分析1.石墨烯制备技术：目前，石墨烯的制备主要有机化学还原法和化学气相沉积法。
这两种方法成熟且工业化程度较高，具备一定的规模生产能力。
2.锂电池应用技术：锂电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动汽车等领域的能源储存装置，其技术已相对成熟。
石墨烯作为负极材料，在提高锂离子导电速度和储能密度方面具有独特优势。
四、投资可行性分析1.投资规模：初步估算，该项目投资规模约为5000万元人民币。
2.预期收益：根据市场需求和竞争对手分析，预计项目达到满产后，年销售收入约为8000万元人民币，净利润约为2000万元人民币。
3.投资回收期：按照预期净利润和投资规模计算，初步估计投资回收期在5年左右。
4.投资风险：该项目存在市场风险、技术风险和供应链风险等，但由于石墨烯材料具有广泛的应用前景和市场需求，投资风险可控性较高。
五、经济效益分析1.就业机会：预计该项目建成后，将直接提供100个就业机会，带动相关产业发展，间接创造更多就业岗位。
2.增加地方税收：项目投产后，将带动相关产业链的发展，增加地方税收收入。
3.推动区域经济发展：本项目的建设将进一步推动区域新能源产业的发展，提升整个区域的经济水平。
锂离子电池用导电剂的类型及原理介绍
锂离子电池用导电剂的类型及原理介绍正负极电极的材料主要由正负极主料、导电剂、粘结剂组成，三者缺一不可。
正负极主料是活性物质，为锂离子电池提供锂离子的来源和去处，粘结剂作为将主料固定到集流体上和将原材料紧密结合在一起，也是不可或缺的。
导电剂的存在相当于为电子开辟了多条高速公路，让电子能够快速地在正负电极内和集流体间穿梭。
高效的导电性，能够提高电池的倍率性能，降低电池内阻，对于电池的循环性能也有较大提升。
锂离子电池的设计是要兼顾容量、功率、性能的，所以要挑选性状最适合的导电剂，来提高正负极活性物质的比例，并且不影响电池的导电性。
那么，实际生产中常用的导电剂种类有哪些，其应用如何，其导电机理是怎样的，下面将详细介绍。
导电剂一般可分为金属系导电剂(银粉、铜粉、镍粉等)、金属氧化物系导电剂(氧化锡、氧化铁、氧化锌等)、碳系导电剂(炭黑、石墨等)、复合导电剂(复合粉、复合纤维等)以及其他导电剂。
金属导电剂加入锂电池中会发生氧化还原反应，金属析出后会刺破隔膜，影响电池的安全性，而碳系导电剂不仅能满足锂电池导电需求，还具有低成本，质量轻等特点，对于降低锂电池成本、提高能量密度具有积极意义。
目前锂电池生产中常用的碳系导电剂主要为颗粒状导电剂（如导电石墨、导电炭黑）、纤维状导电剂（如碳纳米管、VGCF等）、片状导电剂（如石墨烯）。
1、颗粒状导电剂颗粒状导电剂主要有导电石墨、导电炭黑两种。
颗粒状的导电剂与正负极活性物质的接触形式为点点接触，导电颗粒和活性物质均匀混合后，电子在活性物质之间通过导电剂的桥梁作用穿梭。
图1. 导电石墨用于LCO导电石墨中常用的型号有KS系列，包括KS-6/KS-15等，SFG-6等。
石墨晶体是稳定的六边形网状结构，其用于锂离子电池可以作为导电网络的节点，导电石墨粒径较大d90约10微米。
石墨类导电剂用于负极时，不仅能导电，还能够作为负极活性物质。
由于导电石墨的润滑作用和层状结构，导电石墨用于纳米硅基材料时可以抑制其体积膨胀效应。
锂离子动力电池负极材料
1300
3.0
1200 1100 1000
900
121 nm thick Si film
2.5
312 nm thick Si film
523 nm thick Si film
2.0
cycle 1 cycle 2
800
700
1.5
600
1.0
500
400
0.5
300
200
0.0
100
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 -1200-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600
ii、离子型(以SnB0.5P0.5O3为例)
离子型认为其过程如下：
Li + SnO2(SnO) LixSnO2(LixSnO)
即锂在其中是以离子的形式存在，没有生成 单独的Li2O相，第一次充放电效率比较高。 通过LiNMR(以LiCl的水溶液作为参比)观察 到插入锂的离子性成分较其他的负极材料要 多一些，这就间接证明了离子型机理。
锂离子嵌入使石墨层与层之间的堆积方式由ABAB变为AAAA，如下图 所示。
二. 碳材料的电化学性能
1.石墨化碳材料
①锂的插入定位在 0.25V 以 下 （ 相 对 于 Li+/Li电位)；
②形成阶化合物；最大 可 逆 容 量 为 372mAh ／阶化g，合即物对。应于LiC6一 一距阶为化0.合37物nLmiC，6的形层成间
2、硅的化合物
• 粗糙Cu箔表面Si薄膜的扫描电镜图（a）低倍形貌（b）高倍形貌 • 从SEM图中看出，Si薄膜的表面均匀，粒子的堆积不是十分致密，有明
显的孔洞形成，这种结构不仅有利于缓冲电极在反应中的体积变化，而 且有益于Li离子的迁移，从而提高电极的倍率性能和循环稳定性。
二氧化锡负极材料
二氧化锡负极材料二氧化锡（SnO2）是一种重要的无机化合物，广泛应用于电子、催化、传感器等领域。
作为锂离子电池负极材料，二氧化锡因其高理论比容量、低成本和环境友好等优点而备受关注。
本文将从二氧化锡的制备方法、性质、应用以及研究进展等方面进行详细介绍。
一、二氧化锡的制备方法二氧化锡的制备方法主要有固相法、液相法和气相法等。
1. 固相法：固相法是通过高温固相反应来制备二氧化锡。
将锡粉与氧化剂（如过氧化氢、高锰酸钾等）混合，经过研磨、干燥、烧结等步骤，得到二氧化锡粉末。
2. 液相法：液相法是通过溶液中的化学反应来制备二氧化锡。
将锡粉或锡盐溶液与氧化剂（如过氧化氢、高锰酸钾等）反应，经过滤、洗涤、干燥等步骤，得到二氧化锡粉末。
3. 气相法：气相法是通过气相反应来制备二氧化锡。
将锡粉或锡盐在氧气气氛下加热，经过氧化反应得到二氧化锡粉末。
二、二氧化锡的性质1. 外观：二氧化锡为白色或淡黄色粉末，具有较为稳定的性质。
2. 溶解性：二氧化锡在水中具有一定的溶解性，可溶于稀酸和碱溶液。
3. 热稳定性：二氧化锡具有较高的热稳定性，熔点约为1500℃。
4. 电化学性能：二氧化锡具有良好的电化学性能，可作为锂离子电池负极材料。
三、二氧化锡的应用1. 锂离子电池负极材料：二氧化锡因其高理论比容量（约为1000mAh/g）、低成本和环境友好等优点，被认为是替代石墨负极材料的有力竞争者。
2. 催化剂：二氧化锡具有催化活性，可用于催化氧化、还原等反应。
3. 传感器：二氧化锡具有良好的敏感性能，可用于制备气体传感器、湿度传感器等。
4. 电子元器件：二氧化锡可用于制备电子元器件，如电容器、电阻器等。
四、二氧化锡的研究进展近年来，研究者们对二氧化锡进行了大量研究，主要集中在提高其电化学性能、稳定性和安全性等方面。
1. 改性研究：通过掺杂、复合等手段对二氧化锡进行改性，以提高其电化学性能和稳定性。
如掺杂金属离子（如钴、镍等）、复合石墨烯等。
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。
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。
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氧化锡复合3D石墨烯锂离子电池负极材料概述
锂离子电池主要是以石墨为负极材料，石墨具有良好的循环性能，但其理论储锂容量很低（为372mAh/g），无法满足现代科学生产及便携式电子产品发展中对锂电池高比容量的要求，因此，人们在努力研究提高石墨材料的储锂量的同时，也期望能够寻找到更好的替代材料。
在目前比较成熟的新型负极材料包括硅基、锡基、金属氧化物等。
其中锡基氧化物材料作为电池负极具有很高的容量，但其在充放电过程中体积膨胀变化较大，石墨烯由于独特的二维结构，韧性较强，可以有效缓解体积膨胀问题，且其导电能力强，这种优异性能使得石墨烯在电池材料方面有广泛的应用。
本文通过hummers改进法制备氧化石墨烯，然后将其与聚苯乙烯微球复合以增大其比表面积和导电率，在复合材料上生长氧化锡，再将聚苯乙烯微球溶解掉形成石墨烯与氧化锡的复合导电材料。
并对其形貌进行了SEM扫描表征，XRD 测试了样品的晶粒度，TEM观察制得样品的粒径和空心结构；进而用制得的石墨烯氧化锡复合活性材料制成电池，并对其电池性能进行了测试。
分析结果表明，
1.1 引言
早在1990年代，当sony制造出第一块商业化锂离子电池之后，大量的调查和实验都投入到对锂离子电池的研究上来。
现代世界已经完全步入信息化时代，便携电子设备的更新换代更是令人目不暇接。
同时，不可再生资源的短缺与其带来的环境污染问题日益严重，这对电池的容量及综合性能提出了更大的需求与更加严苛的要求。
锂离子电池负极材料作为提高其比容量及稳定性的关键之一，一直是锂离子电池科研工作的研究热点，近几年来，随着对纳米电极材料的不断深入，纳米电极材料成为锂离子电池发展的集中点，并取得了较大进展[1-3]。
1.2纳米电极材料在锂离子电池中的应用
1.2.1 锂离子电池简介
早在20世纪60年代人们就开始了对锂电池的研究，当时的锂电池是以锂离
Ⅲ
子及其合金作为负极，由于锂离子分布不均，容易形成枝晶锂，引起短路，使得锂离子电池的使用存在很大的安全隐患[4]。
20年的研究之后，由碳替代锂成为负极材料，锂合金氧化物作为正极材料的锂离子二次电池在20世纪90年代初问世[5]。
锂离子电池的两级分别是不同电位的材料，而其充放电过程就是锂离子在两级间嵌入与脱出的过程，这也是锂离子电池基本的“摇椅式”工作原理，在充电过程中，锂离子在外电场作用下从正极脱出，经过电解液与隔膜，嵌入负极，正极处于贫锂态，负极处于富锂态，锂离子移动导致的电荷不均由外电路电子的移动来弥补。
放电时,锂离子电池对负载做功,锂离子从石墨层中脱出嵌入到正极材料晶胞中,正极处于富锂态，负极处于贫锂态，电子从负极运动到正极。
如图（1.1）所示。
1.2.2纳米材料在锂离子负极材料中的应用
1.2.2.1 碳负极材料
碳材料具有良好的层状结构，使得锂离子在正负两极材料之间能够自由的嵌入与脱出，主要优点有：1).导电性能良好，2).充放电效率高，3).循环性能优越，4).电极电位低等。
相比于之前的锂负极材料，碳材料更是具有安全无毒，成本低廉等优点。
目前研究较多的碳质负极材料包括石墨、中间相沥青基炭微球（MCMB）、高比容量碳化物等[7]。
但是碳材料也具有一个很大的缺点[8]，就是比容量不高（372mAh/g），在使用的过程中，容量衰减率较大，这使得碳材料不能完美满足负极材料的要求，在研究开发过程中，一些高容量非碳材料开始逐步引起人们的关注，主要包括硅基[9-13]、锡基[14-15]、过渡金属氧化物[16-17]、复合材料等。
21
图1.1 锂离子电池工作原理[6]
1.2.2.2 硅基负极材料
硅基材料储量丰富，较易获得，与碳材料相比，具有较高的比容量(4200mAh/g)，一个硅原子最多可容纳4.4个锂原子。
但是硅基材料在充放电过程中体积膨胀严重，足以破坏材料结构[18]。
导致电极材料从集流体上脱落，致使电池容量迅速衰减。
并且硅基材料的电子导率和离子导率都比较低，直接制约了硅基材料作为锂离子电池负极材料在高倍率充放电中的应用。
目前比较成熟的降低体积效应的方法有硅的薄膜化[19]，实验结果显示，硅膜的薄厚影响其嵌锂容量，硅膜越薄，嵌锂容量越大。
也可以在硅的表面包覆碳，碳层的韧性较好，可以有效缓解体积膨胀问题。
1. 3 锡基负极材料
日本富士公司研究人员于1997年将发现的无定形锡基复合氧化物(简称TCO)用作锂离子电池负极材料,由于其良好的循环寿命和较高的可逆容量,立刻引起了人们的极大兴趣和广泛关注。
[20]纯锡与锂的反应活性很好，比容量很高（理论值为990 mAh/g），但是纯锡负极材料在充放电的过程中，体积变化显著，可达到100%-300%，严重降低了电池的循环使用寿命。
因此，研究人员在纯锡的基础上开始关注锡氧化物及锡基复合材料，这些氧化物可以增强其循环性能。
锡氧化物主要包括氧化锡（SnO2）和氧化亚锡(SnO)，理论容量分别为SnO2（782 mAh/g），SnO（875 mAh/g）。
其首次放电分为两个步骤，反应方程式如下：
2Li+ + SnO + 2e- = Sn + Li
2O 或 4Li+ + 4e- + SnO
2
= Sn + 2Li
2
O
Sn + xe- + xLi+= Li
x
Sn (0<x<4.4)
即第一步为锂与锡氧化物发生氧化还原反应，生成锡与氧化锂，第二步为还原出来的锡与锂形成锡锂合金。
其中，反应的第一部分，生成氧化锂的步骤是不可逆的，这也就保证了在脱锂嵌锂的过程中，体积变化相应减小，同时也有效阻止了锂的团聚现象。
但是，也正是由于这种不可逆性，导致锡氧化物负极材料在
21
首次充放电过程中损失了一部分容量，使得库伦效率均比较低，同时，锡氧化物导致电解质的聚合与分离都引起了首次不可逆容量的损失。
锡基复合材料主要应用与碳包覆，因为碳能够有效降低体积膨胀效应。
21。