鋰離子電池對(duì)負(fù)極材料的要求

負(fù)極材料作為鋰離子電池的核心部件，在應(yīng)用時(shí)通常要滿足以下條件：

①嵌鋰電位低且平穩(wěn)，以保證較高的輸出電壓；

②允許較多的鋰離子可逆脫嵌，比容量較高；

③在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命；

④較高的電子電導(dǎo)率、離子電導(dǎo)率和低的電荷轉(zhuǎn)移電阻，以保證較小的電壓極化和良好的倍率性能；

⑤能夠與電解液形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜，保證較高的庫(kù)侖效率；

⑥制備工藝簡(jiǎn)單，易于產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格便宜；

⑦環(huán)境友好，在材料的生產(chǎn)和實(shí)際使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染；

⑧資源豐富等。

30多年來(lái)，雖然不斷有新型鋰離子電池負(fù)極材料被報(bào)道出來(lái)，但是真正能夠獲得商業(yè)化應(yīng)用的卻寥寥無(wú)幾，重要是因?yàn)楹苌儆胁牧夏芗骖櫼陨蠗l件。例如，雖然金屬氧化物、硫化物和氮化物等以轉(zhuǎn)化反應(yīng)為機(jī)理的材料具有較高的比容量，但是它們?cè)谇朵囘^(guò)程中平臺(tái)電位高、極化嚴(yán)重、體積變化大、難以形成穩(wěn)定的SEI且成本高等問(wèn)題使之不能真正獲得實(shí)際應(yīng)用。

石墨正是因?yàn)檩^好地兼顧了上述條件，才得到了廣泛的應(yīng)用。此外，雖然Li4Ti5O12容量低且嵌鋰電位高，但是它在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，允許高倍率充放電，因此在動(dòng)力鋰電池和大規(guī)模儲(chǔ)能中也有一定的應(yīng)用。

負(fù)極材料的生產(chǎn)只是整個(gè)電池制作工藝過(guò)程中的一環(huán)，標(biāo)準(zhǔn)的制定有助于電池公司對(duì)材料的優(yōu)劣做出評(píng)判。另外，材料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中難免會(huì)受到人、機(jī)、料、環(huán)境和測(cè)試條件等因素的影響，只有將它們的各項(xiàng)理化性質(zhì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，才能真正確保其可靠性。

一般而言，負(fù)極材料的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)有：晶體結(jié)構(gòu)、粒度分布、振實(shí)密度、比表面積、pH、水含量、主元素含量、雜質(zhì)元素含量、首次放電比容量和首次充放電效率等，下文將逐一展開(kāi)說(shuō)明。

2.2負(fù)極材料的晶體結(jié)構(gòu)

石墨重要有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種是六方相（a=b=0.2461nm，c=0.6708nm，α=β=90，γ=120，P63/mmc空間群）；另一種是菱方相（a=b=c，α=β=γ≠90，R3m空間群）（表3）。在石墨晶體中，這兩種結(jié)構(gòu)共存，只是不同石墨材料中二者的比例有所差異，可通過(guò)X射線衍射測(cè)試來(lái)確定這一比例。