隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如鋰離子電池負(fù)極材料。負(fù)極材料作為新能源汽車動(dòng)力鋰電池的核心材料之一，對新能源汽車的最終性能起著至關(guān)重要的用途。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。

一、鋰離子電池

鋰離子電池是可充電二次電池，主要由五個(gè)重要部分組成：正極，負(fù)極，電解質(zhì)，隔膜和集電器。正極和負(fù)極材料的重要功能是允許鋰離子自由地提取/插入，從而實(shí)現(xiàn)充電和放電功能。在充電過程中，鋰離子從正極材料中提取出來，并通過電解質(zhì)插入相應(yīng)的負(fù)極材料中。同時(shí)，電子通過外部電路從正極流出，流向負(fù)極。當(dāng)鋰離子電池放電時(shí)，鋰離子會從負(fù)極中抽出，并通過電解質(zhì)重新嵌入正極材料中。同時(shí)，電子通過外部電路從負(fù)電極流向正電極。

二、負(fù)極材料

鋰離子電池負(fù)極材料目前是鋰離子電池行業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。根據(jù)鋰離子電池的成本比例，負(fù)極材料占鋰離子電池總成本的25%至28%。與鋰離子電池正極材料有關(guān)，對負(fù)極材料的研究方興未艾。理想的負(fù)極材料必須至少具有以下七個(gè)條件：化學(xué)勢低，與正極材料形成大的電勢差，從而獲得高功率電池;它應(yīng)具有較高的循環(huán)比容量; Li +應(yīng)該易于嵌入負(fù)極材料中。庫侖效率高，因此在Li +脫嵌過程中可以具有相對穩(wěn)定的充放電電壓;具有良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率;它具有良好的穩(wěn)定性，并與電解質(zhì)兼容。性別;原料來源應(yīng)資源豐富，價(jià)格低廉，制造工藝簡單。安全，綠色，無污染。

1.碳材料

碳陽極是一個(gè)通用術(shù)語，通?？梢苑譃槲孱悾菏?，硬碳，軟碳，碳納米管和石墨烯。 石墨可分為人造石墨，天然石墨，中碳微球。 石墨具有層間距為0.335nm的層狀堆疊結(jié)構(gòu)。 同一層中的碳原子與sp2雜化以形成共價(jià)鍵，而石墨層則通過范德華力進(jìn)行結(jié)合。 在每一層上，碳原子排列成六元環(huán)，并在二維上無限延伸。 石墨的這種層狀結(jié)構(gòu)可以容易地插入和提取鋰離子，并且其結(jié)構(gòu)在充電和放電期間可以是穩(wěn)定的。 然而，石墨負(fù)極材料也具有某些缺陷。 它在充電和放電過程中容易與電解質(zhì)反應(yīng)形成SEI膜，這使鋰離子電池的首次庫倫效率降低。

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)石墨資源儲量和產(chǎn)量豐富，開采成本低。 天然石墨具有比較完整的石墨片結(jié)構(gòu)和高石墨化度，適合于鋰離子的脫嵌和穿梭。 缺點(diǎn)是未改性的天然石墨循環(huán)性能差。 常見的解決方案是使其呈球形，以減小天然石墨的粒徑和比表面積，這將減少循環(huán)過程中天然石墨負(fù)極與溶劑的副反應(yīng)。 第二種是構(gòu)建通常經(jīng)過修飾的核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)。球形天然石墨的表面涂有一層薄薄的非石墨化碳材料(例如瀝青)，以提高負(fù)極材料在碳納米管中的穩(wěn)定性。

3.人造石墨負(fù)極

人造石墨負(fù)極由碳材料加工而成。 它是由易石墨化的軟碳材料經(jīng)2500℃以上的高溫石墨化處理制成的。 此時(shí)，碳材料內(nèi)部的二次粒子以無規(guī)的方式排列，并且具有大量的孔結(jié)構(gòu)。 這有利于電解質(zhì)的滲透以及在鋰離子負(fù)極中的脫嵌和穿梭。 因此，人造石墨負(fù)極材料可以增加和增加鋰離子電池的快速充放電速度和頻率。 人造石墨具有長周期，高溫儲存，高速率的優(yōu)點(diǎn)以及天然石墨所不具有的其他優(yōu)點(diǎn)。 中國新能源汽車動(dòng)力鋰離子電池中使用的負(fù)極材料目前主要是人造石墨負(fù)極。

三、展望

隨著鋰離子電池應(yīng)用場景和市場的不斷擴(kuò)大，未來負(fù)極材料將朝著高容量密度，低成本和長周期的方向發(fā)展。 現(xiàn)在，全球鋰離子電池制造行業(yè)正在向中國傾斜。 我國相應(yīng)的鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)量的比重將進(jìn)一步提高，品種將更加豐富和多樣化。 隨著電動(dòng)汽車用鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)一步成熟和發(fā)展，鋰離子電池作為儲能電池的市場應(yīng)用前景將在未來更加廣闊。