起底六種鋰電池負極材料如何掌控水分檢測

   鋰電池主要負極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰電池負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，鋰電池的正極材料、負極材料、電解質、隔膜被稱為鋰電池的四個zui核心材料。下面我們簡單介紹一下各類負極材料的性能指標、優缺點及可能的改進方向如何掌控負極材料水分測測定……

碳納米管

碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優良的導電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化作用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負極材料，其放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。

碳納米管在負極中的另一個應用是與其他負極材料(石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等)復合，利用其獨特的中空結構、高導電性及大比表面積等優點作為載體改善其他負極材料的電性能。

如郭等采用化學氣相沉積法，在膨脹石墨的孔洞中原位生長碳納米管，合成了膨脹石墨/碳納米管復合材料，其可逆容量為443mAh/g，以1C倍率充放電循環50次后，可逆容量仍可達到259mAh/g。碳納米管的中空結構及膨脹石墨的孔洞，提供了大量的鋰活性位，而且這種結構能緩沖材料在充放電過程中產生的體積效應。

石墨烯

2004年英國Manchester大學研究者發現石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎。石墨烯是一種由碳六元環形成的新型碳材料,具有很多優異的性能，如大比表面(約2600m2g-1)、高導熱系數(約5300Wm-1K-1)、高電子導電性(電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關注。

石墨烯直接作為鋰電池負極材料時，具有非常可觀的電化學性能。試驗室曾采用水合肼作為還原劑、制備了叢林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和軟碳特性，且在高于0.5V電壓區間，表現出電容器的特性。

圖2石墨烯負極材料

石墨烯負極材料在1C放電倍率下,可逆容量為650mAh/g，100次充放電循環后容量仍可達到460mAh/g。石墨烯還可作為導電劑，與其他負極材料復合，提高負極材料的電化學性能。

如Zai等采用超聲分散法制備了Fe3O4/石墨烯復合材料，在200mA/g的電流密度下放電，經過50次循環后，容量為1235mAh/g；在5000和10000mA/g電流密度下放電，經過700次循環后，容量分別能達到450mAh/g和315mAh/g，表現出較高的容量和良好的循環性能。

鈦酸鋰

尖晶石型鈦酸鋰被作為一種備受關注的負極材料，因具有如下優點：

1)鈦酸鋰在脫嵌鋰前后幾乎“零應變(脫嵌鋰前后晶胞參數”a從0.836nm僅變為0.837nm)；

2)嵌鋰電位較高(1.55V)，避免“鋰枝晶”產生，安全性較高；

3)具有很平坦的電壓平臺；

4)化學擴散系數和庫倫效率高。

鈦酸鋰的諸多優點決定了其具有優異的循環性能和較高的安全性，然而，其導電性不高、大電流充放電時容量衰減嚴重，通常采用表面改性或摻雜來提高其電導率。

如肖等以Mg(NO3)2為鎂源，通過固相法制備了Mg2+摻雜的鈦酸鋰，表明摻雜Mg2+并沒有破壞鈦酸鋰的尖晶石晶體結構，且摻雜后材料的分散性更佳，其在10C放電倍率下的比容量可達到83.8mAh/g，是未摻雜材料的2.2倍，且經過10次充放電循環后容量無明顯衰減，經交流阻抗測試表明，摻雜后材料的電荷轉移電阻明顯降低。

 Zheng等通過高溫固相法，分別采用Li2CO3和檸檬酸鋰作為鋰源，制備了純相的鈦酸鋰和碳包覆的鈦酸鋰。