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全固态锂离子电池三大类负极材料一览


来源:中国粉体网   平安

[导读]  全固态锂离子电池三大类负极材料一览。

中国粉体网讯 


锂负极材料

锂是全固态电池最重要的负极材料之一,具有容量高(理论容量高达3860mAh/g)和电位低的优点,是负极材料的最终形态。但锂在循环过程会产生锂枝晶,将有短路等安全隐患;化学稳定性差,易与空气中的氧和水分等发生反应,给锂金属的产业化应用造成了诸多困难。

加入其它金属与锂组成合金是解决上述问题的主要方法之一,这些合金材料一般都具有高的理论容量,并且金属锂的活性因其它金属的加入而降低,可以有效控制锂枝晶的生成和电化学副反应的发生,从而促进了界面稳定性。

然而,锂合金负极存在着一些明显的缺陷,主要是在循环过程中电极体积变化大,严重时会导致电极粉化失效,循环性能大幅下降,同时,由于锂仍然是电极活性物质,所以相应的安全隐患仍存在。目前,可以改善这些问题的方法主要包括合成新型合金材料、制备超细纳米合金和复合合金体系(如活性/非活性、活性/活性、碳基复合以及多孔结构)等。

碳族负极材料

碳族的碳基、硅基和锡基材料是全固态电池另一类重要的负极材料。碳基以石墨类材料为典型代表,石墨碳具有适合于锂离子嵌入和脱出的层状结构,具有良好的电压平台,充放电效率在90%以上,然而理论容量较低(仅为372mA·h/g)是这类材料最大的不足,并且目前实际应用已经基本达到理论极限,无法满足高能量密度的需求。




穿孔石墨烯分子(CNAP)负极嵌/脱锂示意图


氧化物负极材料

氧化物负极材料主要包括金属氧化物、金属基复合氧化物和其它氧化物。典型的氧化物负极材料有:TiO2、MoO2、In2O3、Al2O3、Cu2O、VO2、SnOx、SiOx、Ga2O3、Sb2O5、Bi2O5等,这些氧化物均具有较高理论比容量,然而在从氧化物中置换金属单质的过程中,大量的Li被消耗,造成巨大的容量损失,并且循环过程中伴随着巨大的体积变化,造成电池的失效。通过与碳基材料的复合可以改善这一问题。


三类负极材料主要体系及性能
(来源:许晓雄等:为全固态锂电池“正名”)

参考资料:

李杨等:全固态锂离子电池关键材料研究进展;中国电子科技集团公司第十八研究所

刘鲁静等:全固态锂离子电池技术进展及现状;中国科学院过程工程研究所

许晓雄等:为全固态锂电池“正名”;江西赣锋锂业股份有限公司

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