Page 223 - 现代工业绿色技术创新研究

第九章 锂离子电池绿色生产技术及应用

（三）硅基材料
硅基材料可以与锂形成合金 Li 22 Si 5 ，其理论比容量高达 4200mAh/g，是目前
比容量最高的负极材料。硅基材料嵌锂电势很低，在循环过程中不容易形成锂枝

晶，是一种高能量的锂离子电池电极材料。在循环过程中，锂在硅基材料中嵌入
和脱出，伴随着很大的体积效应（可达 N400%），因此硅基材料的循环性能较差。
而且，硅基材料是一种半导体材料，导电性能一般。目前硅基材料的研究热点是
制备硅一碳复合材料和纳米硅，来抑制硅基材料的体积效应。
（四）钛酸锂 Li Ti O 12
4
5
钛酸锂 Li 4 Ti 5 O 12 是尖晶石结构，其理论比容量为 175mAh/g。Li 4 Ti 5 O 12 在充
放电过程中，体积变化不到 0.2%，是一种“零应变”的材料，循环性能非常优秀。
钛酸锂钛酸锂 Li 4 Ti 5 O 12 电压平台为 1.5V，容量集中在平台区域，材料在循环过

程中不会形成 SEI 膜，也不会析出金属锂。LiTi0 制备工艺简单，价格便宜。作
为负极材料，LiTio2 平台电压 1.5V 略高，相比于碳负极的电压平台（＜ 1.0V）
和硅负极的电压平台（＜ 0.5V），电池能量密度劣势明显。
（五）过渡金属氧化物

过渡金属氧化物材料在嵌锂时会形成 Li 2 O，在脱锂时可以重新形成金属氧
化物。这类材料理论比容量通常为 700mAh/g 左右。过渡金属氧化物中主要有
Co、Ni、Cu、Fe、Mn、Ti、V 等金属的氧化物。过渡金属氧化物作为锂离子电
池负极材料，可以提高电池的容量。但是这类材料体积效应显著，循环性能较差，

不可逆容量损失大，同时制备工艺复杂，制备成本高。因此目前的研究还停留在
实验室阶段。

六、锂离子电池电解质体系

在锂离子电池中，电解质承载传输锂离子的作用，因此电解质的性质也会
决定锂离子电池的性能。锂离子电池电解质体系一般由电解质锂盐、电解质有机
溶剂和稳定成分的添加剂组成。电解质锂盐种类很多，主要有 LiPF 6 、LiClO 4 和
LiAsF 6 等。LiClO 4 是早期研究的电解质锂盐，具有很强的氧化性，容易引起电

池安全性问题，目前使用较少。LiAsF 6 导电性较好，但是 As 元素的毒性限制了
它的使用。LiPF 具有较好的离子电导率、较优的稳定性和较低的环境污染等优
点，是目前首选的锂离子电池电解质，但是其价格较高。电解质溶剂必须是非质

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