鋰離子電池對負(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在充放電過程中結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，具有較長的循環(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，保證較高的庫侖效率；

⑥制備工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格便宜；

⑦環(huán)境友好，在鋰離子電池材料的生產(chǎn)和實(shí)際使用過程中不會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染；

⑧資源豐富等。

動(dòng)力鋰離子電池的性能優(yōu)化要依托于負(fù)極材料技術(shù)的創(chuàng)新突破，因此高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力鋰電池最為活躍的板塊之一。鋰離子電池負(fù)極材料目前處于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。按鋰離子電池成本比例，負(fù)極材料占比鋰離子電池總成本的25%～28%。

現(xiàn)階段，鋰離子電池負(fù)極材料重要有碳材料、過渡金屬的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。各種材料的比容量和性質(zhì)又各不相同。

1.碳材料

碳材料負(fù)極是一個(gè)總稱，一般可分為5大類：石墨、硬炭、軟炭、碳納米管和石墨烯。石墨又可分為人造石墨、天然石墨、中間相炭微球。

2.天然石墨負(fù)極

天然石墨負(fù)極由天然石墨加工而成，國內(nèi)石墨資源儲(chǔ)量和產(chǎn)量豐富，開采成本較低。天然石墨具有比較完整的石墨片層結(jié)構(gòu)和很高的石墨化度，適合鋰離子在其中脫嵌和穿梭。

3.人造石墨負(fù)極

人造石墨負(fù)極為炭材料加工而來,它是將易石墨化的軟炭材料經(jīng)2500℃以上高溫石墨化處理制成,此時(shí)碳材料內(nèi)部二次粒子以隨機(jī)方式進(jìn)行排列,存在大量孔隙結(jié)構(gòu),這有利于電解液的滲透和鋰離子咋負(fù)極中的脫嵌穿梭,因此人造石墨負(fù)極材料能提高和新增鋰離子電池的快速充放電速度和次數(shù)。

4.石墨化中間相炭微球

中間相炭微球(MCMB)微觀結(jié)構(gòu)為球形片層顆粒，具有各項(xiàng)同性，重要是對煤焦油進(jìn)行特殊處理后獲得的中間相小球體,它經(jīng)2800℃以上高溫石墨化處理得到中間相炭微球負(fù)極材料。

我國鋰離子電池負(fù)極材料市場集中度高，市場空間巨大。新能源汽車需求爆發(fā)式上升，帶動(dòng)鋰電負(fù)極材料需求快速提升在同體積重量情況下，鋰離子電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍，因此，新能源汽車使用鋰離子電池可以顯著增強(qiáng)續(xù)航里程，大大增強(qiáng)產(chǎn)品的實(shí)用性和便捷性，在純電動(dòng)汽車的應(yīng)用上這一優(yōu)勢尤為明顯。