一、锂离子电池阳极质料

早期阳极质料是直接接纳金属锂，但在充放电历程中会爆发枝晶锂会刺破隔膜而导致短路、泄电甚至爆发爆炸。接纳铝锂合金可解决枝晶锂的问题，但循环一再后会泛起严重的体积膨胀以至粉末化。摇椅电池看法的提出解决了此问题，它使用具有层状结构的非金属质料如石墨存贮锂以阻止枝晶锂的爆发，从而大大提高电池使用清静性。

现在，具有适用价值或应用远景的锂离子电池阳极质料的研究主要集中在四个方面：(1)碳质料;(2)金属氧化物;(3)金属氮化物;(4)纳米硅。而现在能够作为商品化锂离子电池阳极质料普遍使用的暂时只有碳质料。选择碳质料作为电池的阳极，和现在锂离子电池的高性能阴极质料LiCoO2，LilNiO2，含锰化合物相顺应，这些质料的热力学稳固形态是放电状态的形态，质料制备出来是放电形态，这样在电池生产历程中阴阳极质料都是处于放电状态，电池需要通过首次充放电获得活化。

(一)碳质料

在石墨中层与层之间靠的是分子间弱相互作用力，有利于锂嵌入与脱嵌。锂插入到碳层中会形成嵌锂石墨化合物，最大理论容量达372mAh.g1。碳质料可分为自然碳质料和人工质料。自然石墨质料的石墨化水平高、结晶完整、嵌入位置多、容量大，但对电解液较量敏感，循环稳固性较差。人工碳质料包括软碳质料和硬碳质料。软碳质料可石墨化，保存一定杂质，难以制备高纯度，但具有资源富厚、价钱低廉。硬碳质料为种种高分子聚合物经高温热解所得，不易石墨化，具有高无序不规则结构，容量很高达1000mAh.gl以上。但在硬碳质料中保存较大的不可逆容量。

在碳质料中掺入钾、硼以及碳纤维外貌上镀上一层Ag，Zn，Sn能够有用的提高质料的容量及充放电效率。

(二)金属氧化物

为相识决金属粉末化问题，Idota提出使用金属氧化物如SnO2而不是纯金属作为阳极质料。在插锂历程中首先履历不可逆反应即SnO2+4Li=Sn+2Lo，所天生的纳米单质锡匀称疏散在由氧化锂所形成的晶格中。然后继续嵌入的锂与锡形成锂锡合金Sn+4.4Li=Lg4Sn，这一历程为可逆历程，即锂可在锂锡合金中举行可逆嵌脱。

LaTisO12在锂嵌脱时LiTisO12+3LiLiTis012晶格体积基本没变，质料循环稳固性好。金属氧化物Mo(M=Co，Cu，Ni，Fe等)纳米质料在循环100次后容量仍然能坚持在700mAh.g1。别的其它金属氧化物如InVO4.FeVO4，MnV206，TiO2也具有较大的贮锂能力，但不可逆容量较大。

(三)金属氮化物

最近人们发明一些过渡金属氮化物Li3.xMsN(M:Co，Ni，Cu)具有很好的电化学稳固性能和很高的可逆存量，充放电容量可达760mAh.glL2.6CooN容量可高达900mAh.g1并可用来改善SnO的电化学性能。由于SnO首次不可逆容量过高而限制了它的应用，与L2.6Coo4N复合可有用地降低Sno过高的首次不可逆容量以改善质料的循环性能。对嵌锂性能研究发明在首次脱锂后质料会由六方相向无定形相转化，而无定形相可以嵌入大宗的锂离子。

(四)纳米硅

纳米硅也具有很高的贮锂容量，也是现在的一研究热门。把纳米Si匀称疏散在电化学惰性TiN晶格中以及把硅沉积在多孔镍基底上制成的薄膜硅均可获得较高容量。使用化学蒸气沉积法在碳质料中复合进去一些纳米硅，质料的容量可显着提高，而用碳包覆硅容量可达1200mAh.gl。

二、锂离子电池阴极质料

(一)LiCoO2现在市场上锂电池产品阴极质料主要是接纳LiCoO2，因其制作工艺简朴，质料稳固性能好，循环次数可达千次以上。但LiCoO2保存着许多弱点：价钱腾贵，对情形有污染，清静性能欠好，比能量偏低，约140mAh.g1。用Ni或Mn部分替换Co一方面可降低本钱，镌汰污染，还可以提高质料的可逆容量和循环稳固性能。

(二)LiNiO2

LiNiO2也具有层状结构，可逆容量可达200mAh.g1。但在制备LiNiO2历程中，容易爆发富镍，非化学计量比质料LiNi+sO2。由于锂镍容易爆发位错而影响质料的容量和循环稳固性能，特殊是其高氧化态以及热稳固性能都很差。用其它金属元素如Co、Al、Ga、Ti、Mg、Mn等部分替换Ni能有用的改善质料的电化学稳固性能。

混淆掺杂能更好地提高质料的电化学稳固性能。

(三)含锰化合物

锰的资源十分富厚，含锰质料价钱很低又无情形污染，作为阴极质料很理想。

具有尖晶石结构的LiMn204受到人们极大的关注，研究较成熟有望商品化。但其保存着循环性能差，容量偏低(理论容量为148mAh.g1)等弱点。造成LiMn204循环稳固性差的缘故原由有锰在电解液中的消融以及结构稳固性较差的四方相L2Mn2O4的形成，充放电历程中泛起颗粒细化及结晶性能变差等。通过掺杂引入Cr、Ni、Co、A1、Li等低价金属元素部分替换Mn，可提高质料的循环稳固性，降低锂离子在质料中迁徙内电阻Rct以及增大离子扩散系数从而提高质料的循环稳固性能。如富锂尖晶石相质料LiMn2O4循环2500次后容量依然能坚持在初始容量的70%以上。但掺杂会降低质料的质量比容量，因此掺杂不易过多。掺杂F元素以部分替换0合成LiMn2O4xFy和LiAkMmxO4yFx可增添Mn2+的含量从而提高质料的可逆容量。别的对LiMn2O4举行外貌包覆和外貌修饰能有用地镌汰锰在电解液中的消融，提高质料的电化学性能。具有层状结构的LiMnO2具有较高的理论容量达285mAh.g1，引起人们的极大兴趣，但其稳固性很差，研究较不可熟。

(四)含铁化合物

由于铁的资源十分富厚不保存污染问题，因此含铁化合物作为阴极质料也引起人们的重视。L正eO2具有很高的初始容量，但当铁处于高氧化态Fe+下会与电解质爆发氧化还原反应。Li正eO4现实容量可达理论容量170mAh.gl的90%，单导电性很差，制备工艺较重大，铁价态较难控制往往需要在氩气气氛中和成。与其具有类似结构Li正exO4(x=si，Ge)也引起人们极大关注。Licht等人报道用高铁酸盐如LoFeO4作为阴极质料具有很高的容量。

别的V20特殊是具有纳米孔状V205具有很高的贮锂容量达400mAh.gl，也是一个新的研究偏向，但其对情形污染较大。

现在已普遍应用和正在举行开发研究的阴极质料有以上四种。其充放电历程可体现为：XA+My=AxMy

作为一种理想的阴极质料，所必需具备的是：

(1)大的吉氏自由能，以便同阳极之间坚持一个较大的电位差，提供高的电池电压(高比功率)。

(2)在x规模内，锂离子嵌入反应的吉氏自由能改变量小，即锂离子嵌入量大且电极电位对嵌入量的依赖性小，以确保锂离子电池事情电压稳固。

(3)辽阔的x的规模，提供高的电池容量。

(4)阴极质料需具有大孔径隧道结构。

(5)锂离子在“隧道”中有较大的扩散系数和离子淌度，包管大的扩散速率，并具有优异的电子导电性，以便提高锂离子电池的最大事情电流。

(6)具有大宗的界面结构和表观结构，有利于增添嵌锂容量。

(7)阴极质料具有较小的改性，以包管优异的可逆性，使可循环次数提高。

在电解质溶液中消融性很低。