锂离子电池负极材料

这是一篇关于锂离子电池负极材料的思维导图，主要内容包括：锗基负极材料，锡基负极材料，硅基材料，碳基负极材料，金属锂负极材料（未商业化），钛酸锂负极材料，锂离子电池负极材料。

锂离子电池负极材料

• 锂离子电池负极材料
  • 电池负极材料选择要求
  • 负极材料在锂电池中的作用
    • 存储锂离子的主体
    • 充放电过程中实现锂离子的可逆嵌入/脱出
    • 对锂电池的性能有重要作用
  • 负极材料发展历程
  • 负极材料可逆储锂机制
    • 嵌入/脱出，合金化/去合金化
    • 相转变
    • 转化反应
    • 可逆有机化学键断裂
    • 表面充电：电容
    • 自由基
    • 沉积/析出
    • 界面反应
  • 负极材料的分类
    • 金属锂负极材料
    • 碳基负极材料
    • 硅基负极材料
    • 锡基负极材料
    • 锗基负极材料
    • 钛酸锂负极材料
• 金属锂负极材料（未商业化）
  • 结构特点
  • 优势
    • 高电压、能量密度大
  • 不足
    • 低熔点→安全问题
    • 锂与电解液反应产物包覆锂→弥散态锂
• 碳基负极材料
  • 石墨与石墨层间化合物
    • 石墨类负极材料的充放电机理→形成石墨层间化合物
    • 存在问题
  • 石墨化中间相碳微球
    • 形成过程
    • 制备工艺、方法
    • 优势、不足
  • 无定形碳材料
    • 石墨化
    • 软碳
    • 硬碳
  • 纳米结构碳材料
    • 碳纳米纤维
    • 富勒烯
    • 碳纳米管
    • 石墨烯
• 硅基材料
  • 纳米硅材料
  • 硅基薄膜材料
  • 硅/金属合金复合材料
  • 硅/碳复合材料
  • 硅氧化合物
  • 硅基负极材料主要问题 （锂化/去锂化过程中的体积膨胀）
    • 活性材料粉碎
    • 硅基负极表面不稳定SEI膜形成→锂离子损失、 界面电阻增加、电池循环寿命减小
    • 电子导电网络的破坏
• 锡基负极材料
  • 金属锡单质
  • 锡合金负极材料
  • 锡基氧化物负极材料
  • 锡/碳复合物负极材料
  • 优势
    • 高的理论比容量
    • 锡氧化还原电位低，导电性好
    • 储量丰富，无毒
• 锗基负极材料
  • 优势
    • 高的理论比容量
    • 相较于Si,锂离子在Ge中的扩散速度为其400倍， 电子导电率为104倍→适用于大电流高功率设备
  • 不足
    • 价格高，限制实际应用
    • 体积膨胀问题严重、电极的脱落及整个 电池容量的衰减、寿命下降
  • 改性
    • 纳米化
    • 碳包覆
    • 非晶态
    • 多孔结构
    • 一维锗纳米管和纳米线，锗薄膜等结构
• 钛酸锂负极材料
  • 尖晶石结构
    • 电位1.55V
    • 理论容量175mAh/g(140-160)
    • 零应变材料（充放电过程材料体积变化＜1%）
  • 优势
    • 安全性
      • 高电压平台，不析出Li
      • 耐过充、放
      • 高低温性能优异
    • 长寿命
      • 结构稳定零应变，体积变化基本为零
      • 无SEI膜，避免SEI膜破裂
    • 高倍率——相较于石墨
      • 高的离子扩散系数
      • 可用于多次循环脉冲设备
  • 改性
    • 导电性
      • 钛酸锂导电性差需通过碳包覆/掺杂提高
    • 电位窗
      • 采用金属取代部分Ti降低电位
    • 大电流充电
      • 减小颗粒/纳米化→提升倍率性能