锂电世界解析锂电池正负极材料的现在和未来——负极篇

咱们知道，不管从本钱，寿数，能量密度，安全性来说负极关于锂离子电池来说也是至关重要的。前期的锂离子电池负极是运用锂金属负极的可是为什么后来不用了呢?即是因为一向没有处理负极锂枝晶的疑问，而且因而带过太多的安全事故以后电池届才不得不抛弃这一抱负的负极资料。现如今大规模商业化的负极资料只要两大类，那即是石墨类碳资料和LTO。别的负极资料包括Si类，Sn等合金负极资料。

接下来给我们逐一剖析各种负极资料。

各种负极资料的电池功能比照

碳类负极资料

碳类负极资料是一个总称，通常可分为三大类：石墨，硬炭，软炭负极。

石墨又可分为人工石墨，天然石墨，中心相炭微球。

炭负极资料电压和容量区间

天然石墨

优点：具有规整的片层构造，适宜锂离子脱嵌，资源丰厚，本钱较低。

缺陷：未经改性循环功能很差

改性办法：

其间1，2所做改性基本上现已可以满意高功能负极材料的需要

人工石墨

人工石墨是将易石墨化软炭经约2800℃以上石墨化处理制成,二次粒子以随机方法摆放,其间存在许多孔隙构造,有利于电解液的浸透和锂离子的涣散,因而人工石墨能提高锂离子电池的迅速充放电才能。

石墨化中心相炭微球

中心相炭微球为球形片层颗粒,首要对煤焦油进行处理取得中心相小球体,再经2800℃以上石墨化处理得到。中心相炭微球具有电极密度高及可大电流充放电的优势,但其制作本钱较高,而且容量较低。

软炭

软炭资料,首要选用易石墨化炭前驱体(如聚氯乙烯等)在500~700℃热处理得到,软炭资料具有很多的乱层构造及异质原子如氢等,容量通常在600~800mAh/g,但其电压滞后大,初次功率低,而且衰减较快,因而难以取得实践运用。

硬炭

硬炭资料选用难石墨化的炭前驱体(如酚醛树脂等)在900~1100℃下热处理得到,其可逆容量在500~700mAh/g之间.与低温软炭负极相比,硬炭负极的渠道较低,初次功率和循环寿数都有提高,如今已取得实践运用。

炭负极理化性质比照

.钛酸锂LTO

钛酸锂资料如今也现已商业化运用，其间国内代表性的电池公司即是最近对比火的董小姐收购的珠海银隆和微宏动力了。

LTO资料构造零应变被以为是比碳更安全、寿数更长的负极资料。可是相同的人无完人，物无完物，钛酸锂负极锂离子电池在充放电及贮存过程中因为水分，杂质，界面反响等很容易发生气胀，200ppm及500ppm水分致使的电池胀大率分别为16%和33%，随着水分含量的增加，电池的产气量不断增加。在初次化成中，通常石墨电极中的水在电位1.2V邻近分化，而LTO电极中吸收的水分在化成后可能照旧存在，首要是其LTO的作业电位高于1.3V，残留的水与电解液中的PF6-反响生成POF3，POF3化学催化了碳酸酯分化，进而产生了CO2，这是气胀的首要气体来源。

那么怎么处理LTO的气胀疑问呢?

自己以为LTO负极资料注定是一个小众化和一个过渡性的商品，在将来的发展中不会像炭负极相同得到十分大规模的运用。

.硅基资料SiC、SiO

因为电池技能的持续发展和各种运用如消费类电池，动力电池越来越高的能量密度需要，亟需高能量密度正负极资料。

负极资料关于能量密度的提高

Si在代替石墨用作锂离子电池负极资料是十分有潜力的，而且地球储量丰厚(占地球表层的25.8%)。在已知的锂离子电池负极资猜中,硅具有最高的理论比容量(Li22Si5,4200mAh/g)实践容量低于4000mAh/g,而石墨的理论比容量仅为372mAh/g。

别高兴太早，本来这类资料仍然是“物无完物”，电池网最大的疑问即是负极的充放电胀大无法得到有用的操控。充放电后晶格体积胀大达到了相同惊人的360%，而石墨负极胀大最大为10%左右。

极片胀大后致使负极粉化掉料，资料之间的粘结性变差，负极表面SEI重复损坏和成长，耗费很多电解液，生成不断增加的副反响，终究致使循环功能直线降低。

那么处理办法是什么呢?将Si纳米化、慵懒缓冲以及表面包覆技能相结合。

第一种，硅碳复合负极资料

选用核壳构造，经过以球形人工或许天然石墨为基底，在石墨表面钉扎一层Si纳米颗粒，再在其表面包覆一层无定形碳或石墨烯。

碳包覆机理在于：Si的体积胀大由石墨和无定形包覆层一起承担，防止负极资料在嵌脱锂过程因无穷的体积变化和应力而粉化。碳包覆的作用是：

此外从别的资料的配合上，开发适宜的粘结剂来坚持电极构造的完整性，开发适宜的电解液系统来树立安稳的固液界面。

第二种，SiO复合资料

SiO是纳米Si均匀地涣散到无定形的SiO2中构成的纳米复合资料，SiO的容量来自于涣散在SiO2里面的纳米Si颗粒。SiO负极资料的比容量为2400 mAh/g，实践可逆容量在1500mAh/g以上，而且其循环和胀大功能也优于SiC契合资料。

硅复合资料另一个通病即是初次功率太低，通常不到80%，远低于石墨类负极资料。所以如今锂电池厂商运用中只能和石墨混合运用，增加量在10%以下。如此可将负极初次功率提高至挨近90%，可逆容量在600mAh/g左右，据悉Tesla如今所用负极资料为SiO混合石墨系统。

4.Sn基复合资料

Sn类似于Si资料，都具有十分高的储锂容量，但因为其自身本钱较高，对其进行包覆处理的均一性难度较大。自己以为与Si资料相比不具有优势。