鋰離子動力鋰電池負極材料的概述

負極材料是鋰離子和電子在電池充電過程中的載體，起著能量儲存和釋放的用途。陰極材料約占電池成本的5%-15%，是鋰離子電池的重要原料之一。

鋰離子電池負極材料全球銷量約10萬噸，重要產自我國和日本。根據目前新能源汽車的上升趨勢，對陰極材料的需求也將呈現持續上升的狀態。目前，世界上鋰離子電池正極材料仍以天然/人工石墨為主，介相碳微球(MCMB)、鈦酸鋰、硅基正極、HC/SC、金屬鋰等新型正極材料也在迅速發展。

作為鋰離子包埋載體，陰極材料應滿足以下要求:

插入負極矩陣的鋰離子的氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的氧化還原電位，使電池的輸入電壓高。

在基體中大量的鋰可以可逆地插入和脫嵌以獲得高容量。

在插入/脫嵌過程中，負極的重要結構基本沒有變化。

隨著Li的插入和釋放，氧化還原電位的變化要盡可能的小，這樣電池的電壓變化就不會太大，充放電也能保持穩定。

所插入的化合物應具有較好的導電性和離子導電性，以減少極化，實現大電流充放電。

重要材料具有良好的表面結構，能與液體電解質形成良好的SEI。

所插入的化合物在整個電壓范圍內具有良好的化學穩定性，在SEI形成后不會與電解質發生反應。

鋰離子在主材料中具有較大的擴散系數，便于快速充放電。

從實用的角度來看，這種材料應該具有更好的經濟性和對環境的友好性。

Dicarbon陽極材料

下圖是常用碳陽極材料的分類。

2.1石墨陽極

石墨，英文名石墨，手感柔軟、油膩，是一種非金屬礦物，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、抗熱震、強度強、韌性好、自潤滑強度高、導熱性好、導電性強等獨特的物理化學性質。

石墨具有許多優異的性能，因此廣泛應用于冶金、機械、電氣、化工、紡織、特種等工業部門，如石墨模具、石墨電極、石墨耐火材料、石墨潤滑材料、石墨密封材料等。我國是世界上石墨儲量最豐富的國家，也是世界上最大的石墨生產國和出口國，在世界石墨工業中占有重要地位。據國土資源部統計，我國水晶石墨儲量為3085萬噸，基本儲量為5280萬噸。隱晶質石墨儲量1358萬噸，基本儲量2371萬噸。

理想的石墨具有層狀結構，其中SP2的碳原子形成一個類似苯環的巨大平面。層間碳原子間的鍵長為0.142nm，鍵角為120。這些層之間也有一個連接所有碳原子的大鍵。中間層為0.3354nm。兩種晶體類型:六角系統-2h(a)和菱角水晶系統-3r(b)Ø2晶體結構可以相互轉換:研磨和供暖。

鋰的石墨包埋機理

石墨的理論容量為372mAh/g，當然，只有很高的石墨化率的材料才能達到這個值。然而，所有的碳材料在第一次充放電后都會由于副反應而出現不可逆的容量損失。隨著負極電勢的減小，電解液中的成分停止，直至在負極表面形成穩定的鈍化膜(SEI)。第一次放電出現了4個電壓平臺(如下圖所示)，其中A為SEI的形成，大部分石墨容量在0.3~0.005v之間。除了A，不同的電壓平臺對應不同的鋰嵌入狀態，分別稱為四階和三階化合物。最終形成理論容量為372mAh/g的LiC6，晶體表面間距為0.37。(從書刊上看，不懂噴劑!)