锂离子电池纳米负极材料的研究和开发.pdfVIP

( ) 第 43 卷 　第 4 期 复旦学报 自然科学版 Vol. 43 No. 4 2004 年 8 月 Journal of Fudan University (Natural Science) Aug. 2004 　　文章编号 (2004) 锂离子电池纳米负极材料的研究和开发 付丽君 , 杨黎春 , 刘　浩 , 曹　千 , 吴宇平 (复旦大学 化学系 , 上海 　200433) 摘 　要 : 综述了纳米材料在负极材料方面的必威体育精装版研究和开发进展 ,主要包括纳米金属及纳米合金、纳米氧化物、 碳纳米管、具有纳米孔结构的无定形炭材料和天然石墨. 由于纳米材料的特有性能,它们的可逆容量均高于目 前商品化的负极材料. 纳米合金负极材料的实业化存在问题 ,特别是循环稳定性. 碳纳米管则由于制备和纯化 , 成本过高 ,规模化生产不容易实施 , 同时理论方面也有待于进一步的研究 , 以期提高其电化学性能. 具有纳米孔 的无定形炭材料的制备温度低 ,而且容量也比较高 ,但是对于产业化而言 ,循环性能和电压滞后现象有待于改 进. 具有纳米孔的天然石墨负极材料不仅容量高、制备比较简单、成本低 ,而且具有良好的循环性能 ,可望达到 产业化的要求. 关键词 : 锂离子电池 ; 负极材料 ; 纳米粒子 ; 纳米孔 ; 天然石墨 中图分类号: O 646. 54 　　　　文献标识码 : A 锂离子电池自其 20 世纪 90 年代前后诞生以来 ,发展非常迅速. 与此同时 , 电子器件的小型化、轻便 化则要求电源的能量密度更高、重量更轻 ,于是便推动了锂离子电池容量的不断提高1 . 其中的关键技术 之一是其电极材料. 锂离子电池刚诞生时 ,商品化负极材料的可逆容量仅仅为 200 mAh/ g , 目前已经增加 到 330 mAh/ g (MCMB) 2 . 但是最多也只能达到石墨的理论容量 372 mAh/ g. 显然 ,为了进一步提高负 极材料的可逆容量 ,有必要进行新型负极材料的研究和探索. 纳米技术的发展为锂离子电池负极材料的 深入研究提供了一种新型的方法 ,可以大大提高负极材料的可逆容量. 本文综述这方面的必威体育精装版进展 , 以期 给产业界和学术界有所启发. 目前研究的纳米负极材料主要有纳米金属及纳米合金、纳米氧化物、碳纳米 管、具有纳米孔结构的无定形炭材料和天然石墨 ,下面分别予以说明. 1 　纳米金属及纳米合金 纳米金属主要指纳米锡 ,然而由于硅的储锂性能与锡相似 ,均可以形成高达 Li22 M4 的可逆化合物 ,理 论容量高达 4 000 mAh/ g ,远远高于目前石墨的理论容量 372 mAh/ g 1 . 因此 ,也在此归入纳米金属一起 进行说明. 1 . 1 　纳米锡及其纳米合金 如上所述 ,尽管锡的可逆容量非常高 ,然而在充放电过程中体积变化比较大 ,高达 600 % , 因此在锂的 可逆插入和脱插过程中 ,锡粒子发生粉化 ,结构受到破坏 ,导致容量迅速下降. 目前采用的有效方法之一 是制备纳米材料. 因为纳米粒子的比表面积大 ,有利于缓冲充放电过程体积的变化. 当然 ,纳米粒子的比 表面积效应也有利于更多的锂发生插入. 目前而言,报道的主要是用液晶模板法将锡制成钠米结构的电极膜 ,粒子大小在 3～10 nm. 由于锂 的插入和脱插产生的膨胀和收缩不会破坏纳米锡的结构 ,因此不仅容量高 ,而且循环性能较非模板法制备 的要好3 . 收稿日期 : ( ) (