锂电负极材料的发展进程与种类概述研究

锂电负极材料的发展进程与种类概述研究

周成文

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摘要：本文首次引入的负极材料为锂离子电池，但存在着充放电稳定性差、体积效应严重等问题。而合金因其优异的导电性、可加工性等特点，成为极具发展前景的一种新材料。与硅基材料相比，锡石材料以其廉价、易得等优点成为锂离子电池研究的热点。然而，以热障涂层为负极材料的锂离子电池存在着两大不足：一是热障涂层在拉伸、收缩等方面存在显著差异，不利于传粉；而且，因为不可逆地生成，所以库仑效率比较低。重点对锂离子电池负极材料的发展历程和类型进行了综述。

关键词：锂离子电池；锂负极材料；发展历程

引言

NO2、CO2、O3、Fe3O4、MnO2等具有较高的理论比容量和较高的倍率性能，可作为正极材料应用。但是，MnO2在海水淡化过程中存在着一些重要的问题：MnO2在海水淡化过程中存在着巨大的体积变化。一次离子的破裂与聚合；由于其导电性较差，使得锂离子在电极上发生化学反应，从而影响了锂离子在电极上的应用。然而，随着科技的不断进步，如采用纳米复合技术等，已逐步解决了上述问题。

一、锂离子电池研究进展情况

化石燃料带来的环境污染和不可再生，使得开发新型的清洁能源成为研究热点。一种是电化学反应。电化学能量是锂离子电池发展的起点。锂离子电池起源于1975年，三洋公司研发出的锂锰基电池，虽然没有被称作锂锰基电池，但它一般都是以锂锰基的形式来使用，但它的缺陷却越来越明显：在锂锰基电池中，以金属锂基为负极，极易出现固态核沿着特定的晶面迅速生长，造成晶面和枝状结构的生成，同时也会造成电路板变短，引发爆炸等安全隐患。这一问题已经严重制约了锂电产业的进一步发展，使得锂电产业几乎陷入了停滞。

二、选择负极材料的条件

1.脱吸式锂离子电池具有较低的氧化还原电位，能够满足高输出电压的要求。2.在一体化提取过程中，电极电位的波动比较小，有利于获得稳定的工作电压；3.具有较大的可逆性，具有较高的能量密度；4.锂在脱壳期具有很好的结构稳定性，提高了电池的使用寿命；5.负极表面必须能够生成高密度、高稳定性的固态电解质膜（SEI)，才能防止阴极表面电解质不断降低、正极锂的不可逆损耗。6. e、 Li+在溶液中的传输阻抗较小，有利于提高溶液的载流系数，提高溶液的低温载流能力；⑴该材料在充电、放电后具有较好的化学稳定性，从而改善了电池的安全、使用寿命，并减少了其自放电率；③本发明所采用的生产技术及废弃技术，对环境无危害，对环境无危害，无毒性；⑵制备方法简单，适应性强，生产和使用费用低廉，原料来源广泛。

三、锂离子电池负极材料的发展概况

（一）天然石墨

天然石墨由两种晶态组成：六角形和金刚石形。结晶是一种非金属的结构。其特殊的物理化学性能包括：高温强度，抗氧化，抗腐蚀，抗热冲击，高强度，高韧性，高强度，高自润滑，导热，导电等。另外，中国的石墨储量占全球总量的70%，这使得其在锂电领域的应用前景十分广阔。然而，天然石墨粉的外表面不具有均一的反应性、粒径较大、对电解质敏感、充放电时表面结构易损伤、易生成含有电解质的Li-GIC叠层复合、体积膨胀大（80%-300%）、储锂基体易开裂、传粉、与集液失配、容量快速衰减、效率低等缺点。

（二）基础材料

近年来，国内外科研机构在锡基复合纳米材料方面取得了长足的进步，加深了人们对其结构稳定性机理的理解，并对其规模化制备技术进行了初步的探索，这对推动锂离子电池负极材料的产业化具有非常重要的意义。本项目提出一种对负极材料进行结构改造的新思路，通过对负极材料进行结构改造，获得了负极材料，其首次放电速率近800 mAh/g，充放电速率大于500 mAh/g，并通过同轴静电纺丝法获得了负极材料，使负极材料处于无序分布状态，从而使负极材料保持良好的循环稳定性，50次循环后，负极材料的容量保持率达69%。

（三）Li-Fe3O4的发展概况

锂离子电池是一种能量密度较高且电压高的轻巧二次电池，在当前全球追求新能源的大的时代背景下，其在便携式通讯设备以及新型交通工具中，因其工作电压高、循环寿命长、安全性能好以及充电快速等优点，受到各大产业的青睐，因为其现状尚不够成熟，所以还存在着回收率以及衰老率等问题，现阶段锂离子电池的研发也是备受科研人员的重视。在2019年，开展了一项关于锂离子电池电化学性能的研究，在整个研究过程中，他们先进行了复合材料的制备，然后对材料进行了表征。经过多个具体的表征结果图像的比较，发现复合材料中的碳和硅的分离导致了其电化学性能的下降。另外，根据对材料电化学结果的测试分析得到的具体图像和散点图，并结合所查阅的表格数据。可以看出，高能球磨时间对其电化学性能有很大的影响，方称辉等人开展了一项关于锂离子电池多孔硅材料的合成和性质的研究，与其他学者不同，他们在合成了多孔硅材料之后，对其进行了物性和电化学性质的表征，并根据 XDR曲线和其他电化学曲线，发现将石墨烯和多孔硅结合在一起，可以有效地降低其体积的相对膨胀，提高其电导率，从而提高了锂离子电池的产量。在此基础上，本项目拟采用先进的实验设备，采用先进的设备，制备出一种新型的复合电极材料，并对其进行复杂的组装和测试，利用 XRD, SEM, BET，拉曼等手段。结合万能型交流阻抗，揭示出氧化石墨烯在抑制颗粒聚集的同时，还能减轻颗粒的体积效应，从而达到降低颗粒聚集的目的。本项目以二氧化硅还原石墨烯为锂离子电池负极材料，在制备样品后，采用 X射线衍射仪对其进行表征，并对其进行高温预处理，确定其含量，对前人的试验方法进行了简化，在电化学试验之后，只对其进行了电化学性能及结构的表征，并根据所得的散点图，利用多种公式对其扩散系数进行了计算，经反复比较，发现其所衍生出的非晶碳层能够促进离子的扩散，提高其电容值。为了解决锂离子电池在充放电过程中存在的体积膨胀问题，最近对碳网包装石墨烯作为锂离子电池负极材料所表现出来的特点进行了研究，在合成路线、工作电极制备和测试方法上都采用了较为复杂的方法，在数据处理和结果分析上也是采用了物理和电化学分析相结合的方法，从各种仪器的对比图中可以看出，通过提高温度如水热法或选择高温碳化的方法可以使得锂离子电池的循环更加稳定，对锂离子电池的研发起到了积极的作用。

结语

总而言之，在对锂电池的负极材料的制作以及对电池的性能进行分析与研究的基础上，我们发现，如何选取锂电池的电极材料，对于确保锂电池的性能起到了很大的作用。所以，在选取电极材料的时候，必须要对其特性进行试验和分析，才能有效地改善整体电极的工作性能。

参考文献

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[3]郑海峰,郭明聪,马畅等.锂电负极材料的发展进程与种类概述[J].炭素,2021(04):14-19.