锂离子电池负极材料研究及未来发展
浅谈锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
112AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车现代化社会，各种人工智能技术、大数据平台或者是电力能源的全面发展，都在不断的提高各行业内部运行设备所需要的电能，而对于目前使用广泛的电力能源储存设备锂离子电池，怎样在保障自身效益扩大的同时，满足不同消费群体的需求，还需要作出全面改革，例如：如何扩充储锂容量、提高倍率性能及循环稳定性等，而对锂离子电池关键构件进行分析，起到核心作用的就是石墨负极材料。
对此，石墨负极材料的性能，对锂离子电池后期发展和使用效益有着决定性作用。
再加上石墨导电效率优良，还具备良好的锂离子嵌入、脱出性能，多种优势条件也最终使得石墨变成锂离子电池体系当中使用率为最高、商业化程度为最广泛的负极材料。
但是由于受石墨微观结构客观因素影响，造成石墨理论储锂容量只能达到372mA.h/g，从而出现了电解液兼容性较差、体积膨胀率过高等问题，最终严重影响到了电极能量的密度以及循环稳定性。
对此，意识到问题的严重性，若是要想让实现石墨负极材料性能综合性提升，目前已有诸多国内外重量级研究人员投入到对石墨负极材料改性研究工作当中，也做到了多角度、多层面的研究分析，同时也取得了一定的成果。
1 锂离子电池的电化学机理及石墨嵌锂机制作为一种正常锂离子浓差电池，锂离子电池可分为正极、负极、隔膜、电解液等。
设置石墨负极、LiCoO 2正极，然后综合以上因素，研究锂离子电池的工作机制，可以看出，在对其进行充电期间，清晰看到锂离子在正极LiCoO 2晶格中顺利脱出，而后锂离子循序渐进扩散到电解液中，并在最后穿过隔膜而进入到石墨负极层。
整个过程中，为充分保障电荷之间平衡度，会有同等数量的电子在正极中释放出来，并从外电流路流到石墨负极中，此时会构建出一个回路整体[1]。
而在放电过程中，负极石墨层间的锂离子又开始慢慢脱出，再经电解液，最后返回并嵌入到LiCoO 2晶格中，此时电子会经外电流路传输到正极，这样就可以实现以此充电、放电循环。
锂离子电池的研究进展及应用前景精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版锂离子电池的研究进展及应用前景近年来，新能源电池市场的发展迅猛，尤其是锂离子电池，在家用电器、电动车、太阳能等领域得到了广泛的应用。
对于锂离子电池的研究，不仅能够提高电池的性能，同时也能够为其更进一步的应用提供技术支持。
本文介绍了锂离子电池的研究进展以及其应用前景。
一、研究进展1. 电极材料改进电池的性能主要取决于电极材料的性质，因此在锂离子电池的研究中，电极材料的改进是必不可少的。
传统的电极材料为石墨，但石墨有低比容量、低导电性、易热化等问题。
近年来，锂离子电池的革新主要是基于正极和负极材料之间的平衡。
目前用于正极的材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等，用于负极的材料主要有石墨、金属锂、硅材料等。
这些材料科技的不断创新进步，使得锂离子电池的性能得到不断提升。
2. 电解质电解质是电池中极为重要的部分，因为它赋予电池主要的性能（如循环性能、电池容量、能量密度等）。
在传统的锂离子电池中，一般使用液态电解质，但液态电解质有泄漏的风险，而且易于氧化和燃烧。
为了提高电池的安全性和循环性能，目前锂离子电池中主要使用固态电解质。
固态电解质中，最为主流的是氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。
固态电解质具有优异的化学稳定性，与高无效性的锂电求得更高电化学性能和更安全性的使用。
3. 电池系统除了电极材料和电解质的改进之外，电池系统的研究也是锂离子电池中一个必不可少的研究领域。
在电池工作过程中，电极和电解质之间的变化会影响电池的循环性能。
而电池系统从整体的角度出发，可以有效的解决这一问题。
电池系统研发的一个核心是电池管理系统（BMS），BMS在锂离子电池中起着重要的作用，它将对电池的使用和维护起到至关重要的作用。
同时，电池系统的研究还包括了钝化处理、电极的表面改性等专业技术的研发。
这些研究都可以有效的提高锂离子电池的研发与应用。
二、应用前景随着汽车、家用电器、通讯等领域的快速发展，锂离子电池在各个领域得到了广泛的应用。
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：当前全球范围内的石油和其他传统能源越来越稀缺，迫切需要有效开发和利用可再生能源，例如太阳能、风能和潮汐能。
但是，这些新能源供应不稳定且持续不断，因此需要先转换成电能再输出，这促进了可充电电池的研究。
传统的铅酸电池，镍镉电池和镍氢电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题，极大地限制了它们的大规模应用。
当前，电池行业的首要任务是找到可替代传统铅酸电池和镍镉电池的可充电电池，迫切需要开发无毒、无污染的电极材料和电池隔膜以及无污染的电池。
与传统的二次化学电池相比，锂离子电池由于其吸引人的特性已经在电子产品中占主导地位，显示出广阔的发展前景。
关键词：锂离子电池；负极材料；研究进展引言国际能源结构正从传统化石能源的主导地位逐渐转变为低碳、清洁和安全的能源，以二次电池为代表的电化学储能技术已成为最有前途的储能技术之一。
锂离子电池因其比能量高、工作电压高、循环寿命长和体积小等特点得到了广泛关注。
锂离子电池主体由正极、隔膜、负极、封装壳体四部分组成，就提高电池的比能量而言，提高负极的性能相对于改进正极、隔膜、封装壳体更为容易。
负极又包括了电流集流体(通常是铜箔)、导电剂(通常是乙炔黑)、粘结剂(通常是聚偏氟乙烯)和具有与锂离子可逆反应的活性材料。
电极的性能几乎取决于活性材料的性能。
１嵌入型负极材料嵌入型负极材料嵌入机制可以描述为，材料结构中可以容纳一定的外来的锂离子，相变形成新的含锂的化合物，并且能在随后的充放电过程中脱出外来的锂离子，恢复到先前的原始结构。
嵌入型负极材料，包括已经商业化锂离子电池负极材料石墨、非石墨化的碳材料（如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维）、ＴｉＯ２以及钛酸锂等。
其中碳质材料的优点包括良好的工作电压平台，安全性好以及成本低等。
但是也存在一些问题，如高电压滞后、高不可逆容量的缺点。
钛酸盐负极材料具有优异的安全性、成本低、长循环寿命的优点，但能量密度低。
石墨作为层状碳材料，是首先被商业化和人们所熟知的ＬＩＢ负极材料，也是最成功的嵌入型负极材料，锂离子嵌入后可生成层状ＬｉＣ６，其放电平台在０．２Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）以下，有优异的嵌／脱锂动力学性能，是比较完美的ＬＩＢ负极材料。
锂离子电池的发展趋势
锂离子电池的发展趋势锂电池是一种重要的电池技术，广泛应用于电动汽车、手机、笔记本电脑等领域。
它以其高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点，成为了当前电池领域的主流技术。
本文将详细介绍锂电池的发展现状以及未来发展趋势。
一、锂电池发展现状锂离子电池锂离子电池是目前最为成熟和广泛应用的锂电池技术。
它的正极材料通常采用锂钴酸锂、锂镍酸锂和锂铁酸锂等，负极材料则采用石墨或石墨烯。
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点，已经成为大部分电动汽车和便携式电子设备的首选电池。
锂硫电池锂硫电池是一种具有更高能量密度潜力的锂电池技术。
它的正极采用硫材料，负极采用锂金属或锂合金。
锂硫电池的理论能量密度远高于锂离子电池，可以达到500-600Wh/kg，是锂离子电池的两倍以上。
然而，锂硫电池目前还存在循环寿命短、容量衰减快、安全性差等问题，仍处于研究和开发阶段。
二、锂电池未来发展趋势提高能量密度能量密度是衡量电池性能的重要指标之一，直接影响电池的续航能力和使用时间。
未来锂电池的发展趋势是提高电池的能量密度，使其能够满足更高能量需求的应用，如电动飞机和储能系统。
目前，研究人员正在探索新的正负极材料，如锂硅合金、硅纳米颗粒等，以提高电池的能量密度。
延长循环寿命循环寿命是指电池能够进行多少次完整的充放电循环。
锂电池的循环寿命通常在几百到几千次之间，是影响其使用寿命和性能稳定性的重要因素。
未来的发展方向是延长电池的循环寿命，减少电池的衰减和容量损失。
研究人员正在研究新的电解质、电极材料和电池结构，以提高电池的循环寿命。
提高安全性锂电池的安全性一直是一个重要的关注点。
锂电池在过充、过放、高温等条件下可能发生热失控和爆炸，给人们的生命和财产带来威胁。
未来的发展方向是改进电池的设计和材料，提高其安全性能，减少安全风险。
研究人员正在研究新的电解质、电极材料和安全控制系统，以提高锂电池的安全性。
降低成本锂电池的成本一直是制约其广泛应用的一个因素。
锂离子电池技术的现状与发展
锂离子电池技术的现状与发展近年来，随着电动汽车及智能终端等电子产品的普及，锂离子电池技术在能源领域中的应用越来越广泛，成为掌握现代能源技术的重要基础。
本文将介绍当前锂离子电池技术的现状与发展情况。
一、锂离子电池的基本原理锂离子电池的基本原理是在正极与负极之间来回传输电子，形成电流，从而实现电能转换的过程。
其中，正极材料主要是由过渡金属氧化物与锂离子混合而成，负极材料则主要是由石墨、碳纤维等材料组成，而电解液则主要是由有机溶液和无机盐构成。
锂离子电池具有高能量密度、长寿命、轻巧等优点，而且价格也逐渐降低，已经成为电动汽车和移动终端等领域的主流能源。
二、锂离子电池的现状目前，锂离子电池已经成为智能终端、电动汽车等领域的主要能源，而且市场需求非常大。
根据不同的应用领域，锂离子电池也被分成了多种类型。
例如，电动汽车所使用的大型锂离子电池能够提供更高的功率和续航时间；而智能手机、平板电脑等消费电子产品所使用的小型锂离子电池则拥有更高的能量密度和更小的体积。
然而，锂离子电池也有一些缺点。
例如，锂离子电池电量下降、发热等问题。
这些问题限制了锂离子电池的使用寿命和可靠性，也对电池设计和制造过程提出了更高的要求。
在过去的几年中，人们对锂离子电池的研究发展越来越深入，逐渐出现了更高性能的锂离子电池。
三、锂离子电池的未来发展随着技术的进步和人们对环保能源的日益关注，锂离子电池技术在未来的能源领域将会有更加广泛的应用。
此外，在锂离子电池的研究发展方面，还存在一些问题需要解决。
例如，在电池安全性和能量密度方面仍然存在一定的瓶颈，也需要更好的电池制造工艺及更好的安全措施。
同时，随着电动汽车和可再生能源等市场的发展，锂离子电池的价格和性能将会有进一步的提升，对锂离子电池技术的未来发展提出了更高的要求。
总之，锂离子电池技术的现状和发展情况是极其重要的，它将会持续地影响着我们的生活和科技领域发展。
相信未来锂离子电池技术会迎来更为广阔的应用和更为锐利的发展趋势。
锂离子电池用石墨负极材料改性研究进展
锂离子电池用石墨负极材料改性研究进展一、概述锂离子电池作为当代能源存储技术的代表，其性能优化和成本降低一直是科研和产业界关注的焦点。
负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了电池的整体性能。
石墨材料以其稳定性高、导电性好、来源广等优点，成为目前较为理想的锂电池负极材料。
天然石墨负极在比容量及倍率性能上仍存在不足，难以满足高性能负极材料的需求。
对石墨负极材料进行改性研究，以提高其性能，具有重要的理论和实际意义。
研究者们针对石墨负极材料的改性进行了大量研究，探索了多种改性方法。
这些方法主要包括球形化处理、表面处理、掺杂改性等，旨在改善石墨负极材料的结构、形貌和电化学性能。
球形化处理可以优化石墨的形貌，使其更接近各向同性，从而提高比容量；表面处理则通过改变石墨表面的化学性质，提高首次充放电效率；掺杂改性则通过引入其他元素或化合物，提高石墨的导电性和稳定性。
单一的改性方法往往难以达到理想的改性效果，研究者们开始探索多种方法协同改性的可能性。
通过多种方法协同改性，可以综合提高石墨负极材料的性能，使其在比容量、倍率性能、循环稳定性等方面都有显著提升。
随着科技的不断发展，新型的改性方法和技术也不断涌现。
近年来兴起的纳米技术、复合材料技术等，为石墨负极材料的改性提供了新的思路和方法。
这些新技术和新方法的应用，有望为锂离子电池用石墨负极材料的改性研究带来新的突破。
锂离子电池用石墨负极材料的改性研究是一个持续且深入的领域。
通过对石墨负极材料进行改性，可以有效提高其性能，推动锂离子电池技术的发展和应用。
随着研究的深入和新技术的不断涌现，石墨负极材料的性能将得到进一步提升，为锂离子电池的发展和应用提供更加坚实的基础。
1. 锂离子电池的重要性及应用领域锂离子电池，作为当代最重要的能源储存设备之一，其重要性在科技发展和日常生活中日益凸显。
它凭借高能量密度、长寿命、无记忆效应以及快速充电能力等诸多优点，已经成为新能源汽车、消费电子产品、能源存储系统以及航天航空等众多领域不可或缺的核心部件。
锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势
XX大学毕业论文题目锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势姓名 XX 教育层次大专学号 XX 省级电大 XX专业应用化工技术分校 XX指导教师 XX 教学点 XX目录一、 (4)二、 (4)三、 (5)四、 (6)五、 (6)（一） (6)（二） (7)参考文献 (7)致谢 (8)锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势摘要: 硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料. 评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果, 分析锂离子电池硅负极材料存在问题, 探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景. 分析结果表明, 通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段, 实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能, 是未来的主要发展方向.关键词: 应用化学; 锂离子电池; 负极材料; 硅基复合材料。
锂离子二次电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点, 已成为现代通讯、便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源. 在制造锂离子二次电池的关键材料中, 负极材料是决定锂离子电池工作性能和价格的重要因素. 目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料, 其实际容量已接近理论值(372 mA·h / g), 因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求. 另一方面, 石墨的嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势, 快速充电或低温充电过程中易发生“析锂” 现象从而引发安全隐患. 此外, 石墨材料的溶剂相容性差, 在含碳酸丙烯酯等的低温电解液中易发生剥离导致容量衰减[1] . 因此, 寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极材料来代替石墨类碳负极, 是锂离子电池发展的迫切需要. 在各种新型合金化储锂的材料中, 硅容量最高, 能和锂形成Li 12 Si 7 、Li 13 Si 4、Li7Si3 、Li15Si4 和Li22Si5等合金, 理论储锂容量高达4212mA·h / g, 超过石墨容量的10倍[2-3] ; 硅基负极材料还具有与电解液反应活性低和嵌锂电位低(低于0.5 V) 等优点[4-5] . 硅的嵌锂电压平台略高于石墨, 在充电时难以引起表面锂沉积的现象, 安全性能优于石墨负极材料[6] . 此外, 硅是地壳中丰度最高的元素之一, 其来源广泛, 价格便宜, 没有毒性, 对于硅负极材料的商业化应用具有极大的优势. 本文评述了近年来单质硅、硅-金属合金以及硅-碳复合材料和其他硅基复合体系作为锂离子二次电池负极材料最新研究成果, 并对今后研究方向和应用前景作了展望.一、硅脱嵌锂时的结构变化硅电极在脱嵌锂的过程中的体积效应所造成的容量快速衰减, 是其实用化进程的巨大阻碍[7-8] . 在电化学储锂过程中, 每个硅原子平均结合44个锂原子后得到Li22Si5合金相, 造成材料的体积变化可达到300% 以上[9] . 由巨大的体积效应产生的机械应力会促进电极表面微裂纹的产生和传播, 使活性物质从集流体上逐渐破裂、脱落, 从而丧失与集流体的电接触, 造成电极循环性能迅速下降[10] . 另外, 由于硅本身是半导体材料, 本征电导率比较低, 仅有 6.7 × 10 - 4 S / cm, 故需加入导电剂来提高电极的导电性[11] . 为解决这一难题, 人们利用纳米硅粉体作为负极材料, 但研究表明, 锂离子在纳米硅材料中的反复嵌入和脱出会导致硅纳米颗粒发生不可逆的电化学烧结, 造成电池循环性能的急剧下降[12] .导致硅负极材料容量剧烈衰减的另一重要原因是现有电解液中的LiPF6 分解所产生微量HF 对硅造成了腐蚀[18] . 此外, 由于其剧烈的体积效应造成的颗粒粉化, 使得新的硅原子不断消耗Li + , 导致在常规的LiPF6电解液中难以形成稳定的表面固体电解质(solid electrolyte interface, SEI) 膜, 随着活性物质的粉化脱落和电极结构的破坏, 新暴露出的硅表面不断与电解液反应形成新SEI 膜, 导致充放电效率降低, 容量衰减加剧.为使硅材料具有高容量, 同时兼具有良好的循环性能, 目前主要通过以下3 种方法来改善硅基负极材料的电化学性能: ①制备硅纳米材料. 一则可减小硅的绝对体积变化, 另则制备非晶硅薄膜等以消除晶体硅的非均匀变形; ②制备硅基合金材料. 使硅与其他元素形成硅化物, 以减小材料体积变化; ③制备硅基复合材料. 使硅与其他非金属类材料复合, 通过缓冲基体的缓冲性能限制硅的体积变化。
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展一、内容描述通过调整石墨晶体的结构，可以有效地提高其作为锂离子电池负极材料的性能。
通过施加高压等静压处理，可以减小石墨颗粒之间的嵌合程度，从而提高其电化学性能。
利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨负极材料具有更加规整的表面形貌，有利于锂离子的嵌入和脱出。
表面修饰是一种有效的改性和优化石墨负极材料的方法。
通过物理或化学手段，在石墨表面引入特定的官能团或纳米结构，可以提高其在锂离子电池中的稳定性。
利用有机溶剂或水溶性聚合物对石墨进行包覆处理，可以有效防止石墨表面的锂枝晶生长，从而提高电池的安全性。
石墨负极材料的颗粒形貌对其电化学性能也有重要影响。
通过控制石墨的成核、生长和集料过程，可以制备出具有一定形状、粒度和分布的石墨负极材料。
特定形貌的石墨负极材料具有更高的比表面积和更低的锂离子扩散电阻，有利于提高电池的能量密度和功率密度。
石墨负极材料的组成对其性能也有一定的影响。
通过添加其他元素或化合物，可以改善石墨负极材料的结构稳定性和电化学性能。
在石墨中添加硅、锡等元素，可以增加石墨的理论嵌锂容量；添加硫、氮等元素，可以作为锂离子电池的电解质和吸附剂，提高电池的循环稳定性。
《锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展》将围绕石墨负极材料的结构改良、表面修饰、形貌调控和组成优化等方面进行深入探讨，以期推动锂离子电池技术的不断发展和应用领域的拓展。
1. 锂离子电池的发展历程金属锂插层电池时代 (1970s1980s)：在该阶段，研究人员开始关注锂插层化合物，例如LiMn2O4等，作为新一代蓄电池的可行性。
这些早期的锂离子电池使用金属锂作为阳极，然而由于金属锂在充放电过程中会产生锂枝晶，导致电池循环性能较差，因此该方法并未实现大规模商业化应用。
锂离子动力电池的诞生 (1990s)：为解决金属锂插层电池存在的体积膨胀和锂枝晶问题，研究者们开始探索石墨类材料作为锂离子电池的负极。
天然石墨因其出色的循环稳定性、高比容量和低成本成为首选的负极材料。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国粉体工业 2019 No.1
20
锂离子电池负极材料研究及未来发展
杨玉梅/文
【摘要】锂离子电池作为备受关注的新一代储能器件，对其性能要求越来越高，其能量密度还远远不能够满足动力汽车的需求。
因此寻找新型的、具有高能量密度的、高安全性的、价格便宜的电极材料来代替传统电极材料已经变得非常紧迫。
其中新型碳材料、硅基材料、锡基材料及其氧化物是目前研究比较多的几种新型负极材料。
【关键词】锂离子电池；负极材料；研究；发展
引言
随着煤、石油、天然气等不可再生能源的日渐枯竭，以及其燃烧带来的环境污染问题，能源和环境已经成为影响当今世界可持续发展的两大难题。
为了解决这两难题，开发新型可再生绿色能
源来代替传统化石燃料迫在眉睫。
锂离子电池作为新一代储能装置，具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等优点，是目前最具发展前景的储能装置之一。
[1]电极
材料作为锂离子电池的核心部件，决定了锂离子电池的性能，而负极材料在锂离子电池中起着至关重要的作用，所以近年来对负极材料的研究成为热点。
随着经济的快速发展，科技日新月异，电子产品的普及达到史上之最。
作为重要应用领域之一的电动汽车的发展
带动了电池性能的提升，同时也对电池提出了更高的要求，包括能量密度的提升，循环寿命的延长等。
目前针对负极
材料的研究集中在新型碳材料、硅基材料、锡基材料及其氧化物负极材料。
1.
锂离子电池研究方向
2.新型碳材料
新型碳材料是相对于传统碳材料而言，目前商业上普遍使用石墨这一传统碳材料作为锂离子电池负极材料，但是
其理论容量较低，越来越不能满足锂离子电池的发展需求。
新型碳材料如碳纳米管、石墨烯等，由于具有特殊的一维
和二维柔性结构、优良的导热性和导电特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜力。
21
中国粉体工业 2019 No.1
3.硅基材料
与其他锂电池负极材料相比，硅基负极材料具有非常高的比容量。
但硅在充放电时的高膨胀率限制了其在负极材料中的应用，将硅和其他材料复合制备成的负极材料可在一定程度上克服该缺陷。
3.1多元素混合
硅用于锂离子电池中时不能单独使用，经过反复研究，与多元素复合可以强化其使用性能。
这其中最突出的是与碳材料复合，在充放电过程中，碳材料体积变化相对较小，但导电性能突出，比如石墨单质，此前的相关研究证明，石墨导电过程中，体积只会增加10%左右，这是大部分单质不具备的优越性能。
而碳与硅的化学性质又相近，碳材料本身所具有的结构和大量锂离子通
道，增加了锂离子的嵌入位置，可以大大改善硅工作过程中体积迅速变大的问题，这也是硅基负极材料目前使用的主要方式。
3.2硅的纳米化
体积膨胀的问题是限制硅材料使用的主要问题，纯硅负极材料在锂离子电池中工作时体积膨胀率可达200%甚至300%以上。
对硅材料进行纳米化处理可以有效改善这一问题。
研究方向主要是将硅进行二维纳米化、一维纳米化、零维纳米化。
以零维纳米化为例，即制备尺寸100nm 以下的纳米硅粉体，使颗粒细化的贵材料减弱绝对体积变化的不利影响，还能控制硅与活性物质、电解液的直接接触，改善库伦效率。
但是这种纳米级的硅材料生产成本高，需要
以激光制备，因此推广上存在难度。
3.3多元硅基合金
多元硅基合金即将不同元素分别与硅进行化合，以提升其各方面的性能，弱化体积增加的问题，并控制电化学烧结。
研究发现二元Si-M 负极材料可以有效控制体积膨胀，如果加入少量惰性物质，体积变化可以被控制在10%左右，但负面效应是Si-M 体系发生活性颗粒循环时，可能出现电化学团聚，导致基体的电化学接触性能降低。
基于以上观点，加入过渡金属Fe，改变Si-Ti-Ni 合金负极的性能。
结果使材料初始容量降低了6%～12%，但负极材料整体的容量基本维持稳定。
而且改良后负极材料的库伦效率得到了明显的提升[4]。
2.1碳纳米材料
碳纳米材料主要包括碳纳米管和碳材料的纳米掺杂。
碳纳米管在1991年被发现后就开始受到广泛关注，其具有较高的硬度、强度、韧性及导电性。
虽然碳纳米管拥有较高的高贮锂量，但是碳纳米管难以直接作锂离子电池的负极材料，当碳纳米管作电极材料时会出现首次效率较低、无放电平台、循环性能较差、电压滞后等缺陷。
碳纳米管的结构与插锂机理之间的关系还有待进一步研究，作为负极材料的应用也还有很长一段的路要走。
将碳材料里掺杂入纳米级的电极
材料也能有效改善电池性能。
例如在碳材料中掺杂纳米状态的硅原子，硅嵌入锂时形成的Li 4.4Si 理论容量高达4200mA·h/g。
[2]
2.2石墨烯
石墨是目前最常用的锂离子电池负极材料，由于石墨堆叠的层状结构，锂离子仅能与sp2杂化的碳六元环相互作用形成LiC 6由此计算出石墨的理论比容量是372 mA·h/g。
而对石墨烯来说其片层两侧同时可以储存锂离子，那么理论容量就可达740mA·h/g。
而研究表明锂可能以Li 2共价分子的形式嵌入无序碳材料形成LiC 2。
以此种储锂机制计算得到的石墨烯理论比容量为
1116mA·h/g。
综上所述石墨烯的锂离子存储能力远高于石墨，所以作锂离子电池负极材料极具发展潜力。
[3]
然而作为负极的石墨烯也存在与碳纳米管类似的电压滞后、库仑效率低等缺点，同样也很难直接作为负极材料。
所以现阶段石墨烯在负极材料中的研究以复合形式为主，石墨烯基的锂离子电池负极材料可以分为以下几类：（1）石墨烯或杂原子掺杂的石墨烯；（2）石墨烯与其他碳类材料的复合材料；（3）石墨烯与其他无机物的复合材料。
石墨烯具有良好的电化学性能和应用前景，今后一段时间研究的重点将是如何降低其制备成本及与其他材料复合。
4锡基材料及其氧化物
金属锡和锂可以发生合金化反应形成多种金属间化合物Li x Sn(x=0.4、
1.0、
2.33、2.5、2.6、
3.5、
4.4)，是一种很有应用前景的负极材料。
4.1锡基材料
单质锡作为锂离子电池的负极材料
中国粉体工业 2019 No.1
22
小结
未来锂离子电池的发展方向应该朝着能量密度高、安全性能好、循环寿命长、绿色环保以及低成本的方向发展。
现有的大部分锂离子电池都不具有比容量高、充电效率高、循环寿命长的优点，实际容量远达不到理论容量，因此，技
术上的革新是十分迫切的，开发新型性能优异的锂离子电池电极材料是研究者们当前需要重点努力的方向。
[6]
参考文献：
[1]候志前,龙剑平,舒朝著. 锂离子电池锡基负极材料研究进展[J]. 电子元件与材料,2018,37(01):7-12.[2]刘浪浪,问娟娟. 锂离子电池新型负极材料的研究进展[J]. 当代化工,2014,43(12):2690-2692.[3]江宇. 石墨烯基材料构筑及其在高性能锂离子电池负极中的应用[D].华南理工大学,2016.
[4]张照旭. 锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势的分析[J]. 科技与创新,2018(04):65-66.
[5]雒琴,赵馨茹,刘桂霞,王进贤,董相廷,于文生. 锂离子电池锡基负极材料的研究进展[J]. 化学通报,2014,77(06):497-501.[6]王洪飞,谢安清. 锂离子电池的负极材料的研究状况及未来发展[J]. 当代化工研究,2018(02):138-139.
存在很多难以解决的问题，锡和锂的合金化过程中伴随着严重的体积膨胀，膨胀率高达300%，很容易导致锡碎裂粉化，容量大幅下降，所以单纯的锡循环性能很差。
4.2锡的氧化物
1997年人们发现锡的氧化物可以用作锂离子电池负极材料且具有较高的理论容量。
氧化锡材料可以在锂离子电池体系中可逆的脱嵌锂，实现储锂的作用，容量可以达到782mA·h/g，而纳米氧化锡材料容量有望达到1494mA·h/g。
但是锡的氧化物作负
极材料时也存在很多问题，例如首次嵌锂会产生很大的不可逆容量，在循环充放电时也会产生较大的体积效应。
改进金属锡电化学性能的关键是缓解材料的体积效应。
可以调整材料的构成组分，通过引入惰性或非惰性元素形成合金或者金属间化合物或引入其他物质形成符合材料来提高材料的结构稳定性。
常被用于锡的合金化的惰性元素包括Cu、Ni、Co 等，非惰性元素包括Sb、Ge、Zn 等。
为了提高材料的结构稳定性从而改进其电化学性能，制备高比表面积结构
的电极成为人们的首选。
其中较受关注的结构为零维的纳米颗粒和三维的多孔材料。
锡基材料还常与各类碳材料以及其他材料结合形成复合材料。
制备复合材料的目的在于取长补短，既可以利用碳材料缓解锡基材料的体积效应和纳米颗粒的团聚问题，又利于锡基材料表现其高容量的特点，因此，成为重要的研究方向。
锡基材料可以与多种碳材料(如无定形碳、石墨碳、碳纳米管、石墨烯等)进行复合，复合方式有掺杂、包覆、嵌入等。
[5]。