负极材料对锂离子电池循环性能影响

负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,其研究对象多种多样,主要分为两大类:一是碳材料,包括石墨化碳材料和无定形碳材料;二是非碳材料,主要包括硅基材料、锡基材料、过渡金属氧化物、金属氮化物及其它合金负极材料等。 

那负极材料对锂离子电池循环性能有怎样的影响呢?

负极活性材料的物化结构性质对锂离子的嵌入和脱出有决定性的影响。使用容易脱嵌的活性材料,充放循环时材料的结构变化较小,而且这种微小变化是可逆的,因此有利于延长充放循环寿命。

锂电池图片

以主流的碳负极材料为例,碳的结晶度微观结构和质地会影响锂离子扩散系数,而锂离子嵌入或脱嵌过程的扩散动力学决定着锂离子电池的速率性能,因此碳的结晶度微观结构对不同充放速率条件下的循环性能的影响程度也不同。

石墨化的MCF作负极时,由于其结构呈放射状和高度石墨化,有利于Li+快速扩散。高度结晶的石墨具有高度取向性和层状结构,使其在大电流充放循环性能中受到较大影响。而焦碳材料的无序性和较薄的碳层,锂离子嵌入速率快,快充能力强,而且锂嵌入引起体积膨胀与石墨相比则小得多,故充放循环过程容降率较小。

此外,从微孔储锂机理来看,锂沉积在负极表面会阻塞了锂的嵌入,由于锂的性质很活泼,易与电解液反应而消耗电解液,从而影响锂离子电池的循环性能。

近几年,随着材料领域的不断发展,新型负极材料日出不穷,如含二氧化钼或缺陷态氧化钨的负极材料,能显著提高锂离子电池的循环性能。

 

 

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