作为电池的主材之一,负极材料的重要性,想必就不需要强调了。今天主要想给大家介绍一些常用的负极材料,以及一些展望吧!
概述
负极材料,是电池在充电过程中,锂离子和电子的载体,起着能量的储存与释放的作用。在电池成本中,负极材料约占了5%-15%,是锂离子电池的重要原材料之一。
全球锂电池负极材料销量约十余万吨,产地主要为中国和日本,根据现阶段新能源汽车增长趋势,对负极材料的需求也将呈现一个持续增长的状态。目前,全球锂电池负极材料仍然以天然/人造石墨为主,新型负极材料如中间相炭微球(MCMB)、钛酸锂、硅基负极、HC/SC、金属锂也在快速增长中。
作为锂离子嵌入的载体,负极材料需满足以下要求:
锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输入电压高;
在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱嵌以得到高容量;
在插入/脱嵌过程中,负极主体结构没有或很少发生变化;
氧化还原电位随Li的插入脱出变化应该尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持较平稳的充电和放电;
插入化合物应有较好的的电子电导率和离子电导率,这样可以减少极化并能进行大电流充放电;
主体材料具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的SEI;
插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性,在形成SEI后不与电解质等发生反应;
锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;
从实用角度而言,材料应具有较好的经济性以及对环境的友好性。
锂离子动力电池负极材料
1.锂离子电池负极材料未来将向着高容量、高能量密度、高倍率性能、高循环性能等方面发展。
2.现阶段锂离子动力电池负极材料基本上都是石墨类碳负极材料,对石墨类碳负极材料进行表面包覆改性,增加与电解液的相容性、减少不可逆容量、增加倍率性能也是当下提升的一个重点。
3.负极材料钛酸锂,对其进行掺杂,提高电子、离子传导率是作为现阶段一个重要的改进方向。
4.硬碳、软碳、合金等负极材料,虽然由较高的容量,但是循环稳定性问题还在困扰着我们,对其的改性研究仍在探索改善中,由于市场对高能量密度电芯的需求加速,可能会催促该类材料的研发和应用。
5.锂金属负极,虽然具有很高的能量密度,但是其存在的固有的锂枝晶等安全问题尚无行之有效的解决办法,其大规模的实际应用尚需时日。