鋰離子電池對負極材料的要求

負極材料作為鋰離子電池的核心部件，在應用時通常要滿足以下條件：

①嵌鋰電位低且平穩(wěn)，以保證較高的輸出電壓；

②允許較多的鋰離子可逆脫嵌，比容量較高；

③在充放電過程中結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，具有較長的循環(huán)壽命；

④較高的電子電導率、離子電導率和低的電荷轉(zhuǎn)移電阻，以保證較小的電壓極化和良好的倍率性能；

⑤能夠與電解液形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜，保證較高的庫侖效率；

⑥制備工藝簡單，易于產(chǎn)業(yè)化，價格便宜；

⑦環(huán)境友好，在鋰離子電池材料的生產(chǎn)和實際使用過程中不會對環(huán)境造成嚴重污染；

⑧資源豐富等。

動力鋰離子電池的性能優(yōu)化要依托于負極材料技術(shù)的創(chuàng)新突破，因此高性能負極材料的研究成為當前鋰離子動力鋰電池最為活躍的板塊之一。鋰離子電池負極材料目前處于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中最關鍵的環(huán)節(jié)。按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰離子電池總成本的25%～28%。

現(xiàn)階段，鋰離子電池負極材料重要有碳材料、過渡金屬的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。各種材料的比容量和性質(zhì)又各不相同。

1.碳材料

碳材料負極是一個總稱，一般可分為5大類：石墨、硬炭、軟炭、碳納米管和石墨烯。石墨又可分為人造石墨、天然石墨、中間相炭微球。

2.天然石墨負極

天然石墨負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，開采成本較低。天然石墨具有比較完整的石墨片層結(jié)構(gòu)和很高的石墨化度，適合鋰離子在其中脫嵌和穿梭。

3.人造石墨負極

人造石墨負極為炭材料加工而來,它是將易石墨化的軟炭材料經(jīng)2500℃以上高溫石墨化處理制成,此時碳材料內(nèi)部二次粒子以隨機方式進行排列,存在大量孔隙結(jié)構(gòu),這有利于電解液的滲透和鋰離子咋負極中的脫嵌穿梭,因此人造石墨負極材料能提高和新增鋰離子電池的快速充放電速度和次數(shù)。

4.石墨化中間相炭微球

中間相炭微球(MCMB)微觀結(jié)構(gòu)為球形片層顆粒，具有各項同性，重要是對煤焦油進行特殊處理后獲得的中間相小球體,它經(jīng)2800℃以上高溫石墨化處理得到中間相炭微球負極材料。

我國鋰離子電池負極材料市場集中度高，市場空間巨大。新能源汽車需求爆發(fā)式上升，帶動鋰電負極材料需求快速提升在同體積重量情況下，鋰離子電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍，因此，新能源汽車使用鋰離子電池可以顯著增強續(xù)航里程，大大增強產(chǎn)品的實用性和便捷性，在純電動汽車的應用上這一優(yōu)勢尤為明顯。