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锂离子电池的负极材料需满的要求有哪些?

锂离子电池的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。

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,锂离子电池的负极材料需满足以下要求:

1、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;

2、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;

3、在插入/脱嵌过程中,负极主体结构没有或很少发生变化;

4、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;

5、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;

6、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;

7、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;

8、锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;

9、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。

锂离子电池负极材料重要影响锂离子电池的首次效率、循环性能等。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。

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