鋰電池新型負極材料,鋰電池負極材料硅烯優勢

來源：存能電氣  日期：2019-04-29 09:36  瀏覽量：次

　　鋰電池新型負極材料，鋰電池負極材料硅烯優勢。鋰電池的一般是由正極材料和負極材料組成的。負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，可見負極材料在鋰離子電池化學體系中起著至關重要的作用。

　　鋰電池新型負極材料

　　鋰電池負極材料的主要種類有天然石墨(59%)，人造石墨(30%)，中間相炭微球(8%)及其他類型(3%)。石墨類負極材料仍然占據鋰電負極材料的主流地位，但近年新型負極材料(如鈦酸鋰等、石墨烯)等的研發與應用也開始受到業內關注。

　　①鈦酸鋰

　　尖晶石型鈦酸鋰被作為一種備受關注的負極材料，因具有如下優點：

　　1）鈦酸鋰在脫嵌鋰前后幾乎“零應變；

　　2）嵌鋰電位較高（1.55V），避免“鋰枝晶”產生，安全性較高；

　　3）具有很平坦的電壓平臺；

　　4）化學擴散系數和庫倫效率高。

　　鈦酸鋰的諸多優點決定了其具有優異的循環性能和較高的安全性，然而，其導電性不高、大電流充放電時容量衰減嚴重，通常采用表面改性或摻雜來提高其電導率。

　　②硅基材料

　　硅作為鋰電池理想的負極材料，具有如下優點：硅可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲鋰比容量高達4200mAh/g（超過石墨比容量的10倍）；硅的嵌鋰電位（0.5V）略高于石墨，在充電時難以形成“鋰枝晶”；硅與電解液反應活性低，不會發生有機溶劑的共嵌入現象。

　　③碳納米管

　　碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優良的導電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化作用較小，可提高鋰電池的大倍率充放電性能。然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。

　　碳納米材料（碳納米管和石墨烯）具有比表面積、高的導電性、化學穩定性等優點，在新型鋰電池中具有潛在的應用。

　　④軟碳

　　軟碳，在高溫條件(>2500℃)下處理可以石墨化結構的無定形碳。軟碳材料的突出優點是可逆比容量高，一般大于300mAh/g，與有機溶劑相容性較好，因此鋰電池的循環穩定性好，較適合大電流密度的鋰電池充放電。軟碳是指在2500℃以上的高溫下能石墨化的無定型碳。

　　鋰電池負極材料硅烯的優勢

　　硅烯是一種具有蜂窩狀結構的層狀硅材料，可通過分子束外延以及固相反應的方法制備得到。由于在硅烯中，硅原子間的鍵長要比石墨烯中碳原子間的鍵長大許多，所以硅烯中層間原子排列具有曲翹的排列結構。

　　相比于傳統金剛石結構的硅材料，硅烯的層間耦合作用是范德華力，層與層之間提供了可供鋰離子插入的空間，確保在充放電過程中硅烯的結構不被破壞，從而避免了傳統硅電極材料在充放電過程中電極體積膨脹的問題。鋰電池負極材料利用硅烯制作的負極材料的穩定性和循環次數都可以得到很大的提高，相比于石墨，多層硅烯的晶格常數更大，其理論容量可以達到石墨的三倍左右。

　　另外，利用固相法制備的硅烯中硅原子和鈣原子交替排列形成層狀結構，通過局部化學插層的方法把鈣移除，進而得到獨立無襯底的硅烯。利用這種化學法制備的硅烯作為鋰電池的陰極，同時具有硅基材料的高容量和石墨材料的良好循環特性等優點，成為一種非常有潛力的鋰電池負極材料。

　　隨著先進材料和全電氣化電動車應用發展對電池需求的提升，鋰離電池的能量密度也在不斷提高；硅材料由于其優異的比容量而成為一種理想的負極材料。

　　總結：近年來，鋰離子電池負極材料朝著高比容量、長循環壽命和低成本方向進展。隨著鋰電池應用場景和市場的不斷擴大，未來作為儲能電池的鋰離子電池市場應用前景將進一步廣闊。