Page 123 - 能源动力工程的发展与展望

第五章 锂离子电池

（二）锂离子电池负极材料
负极材料是锂离子电池储存锂的主体，使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。
目前，各种碳材料是已经发展较为成熟的锂离子电池负极材料，如焦炭、石墨化

中间相碳微珠、改性石墨和天然石墨等。此外，一些非碳负极材料，如合金材料、
锡基材料、硅基材料和氧化物等在近年来的应用也越来越广泛。目前，硅和钛酸
锂（Li、Ti、01，）是锂离子电池负极材料的重点研究对象。硅和钛酸锂是一种
尖晶石结构，属于 Fd-3m 空间群，能够为锂离子提供三维扩散通道。硅和钛酸

锂能够容纳三个电子，工作平台为 1.55V，其理论容量为 175mAh/g，其放电态
的分子式是 Li，Ti；0l。硅和钛酸锂具有较佳的循环性能，能够避免形成固体电
解质界面膜，防止锂枝晶生长导致电池短路。所以在高倍率放电时，采用硅和钛
酸锂作为负极材料的锂离子电池有着较高的安全性。又由于硅和钛酸锂无污染、

成本低，是一种理想的锂离子电池负极材料。

三、锂离子电池电解液与隔膜

电解液和隔膜是锂离子电池的重要构成部分。锂离予电解液的合理选用对

电池性能的影响较大。电解液具有传输锂离子的作用，能够减少锂离子电极材料
之间的副反应。通常而言，锂离子电解液主要包括两大类：非水系电解液与水系
电解液。因为水的分解电压一般是 1.23V，造成较窄的水系电解液电化学窗，所
以锂离子电池选用的电解液为非水系电解液，也就是有机电解液。非水系电解液

由非水有机溶液与电解质锂盐两部分构成。现阶段，常用的电解质溶剂是 EC、
DEC 或 DMC，电解质锂盐是 LiPF。非水系电解液具有较宽的电化学窗口与较稳
定的电化学性能。在石墨负极表面，EC 的分解物可以形成稳定的、致密的与有
效的 SEI 膜。所以，非水系电解液能够较好地满足锂离子电池的需求。

此外，为了提高电解液的某些性能，还可以适当加入一些功能添加剂。锂离
子电池的隔膜能够防止电池内部短路，将正极和负极隔开，同时，还能够传输锂
离子，绝缘电子，所以锂离子在充放电过程中能够在电池正负极之间快速传输。
锂离子电池隔膜的性能对电池的安全性能、循环性能、充放电容量和电池内阻等

有着直接的影响。一般而言，锂离子电池的隔膜越薄，就有着越高的空隙率，电
池内阻也就越小，越容易使锂离子透过。高性能的锂离子电池隔膜应当具有以下
特性：有较高的离子电导率，有良好的孔径与空隙率，锂离子能够轻易透过；电

111