鋰離子電池具有高電壓、高能量、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等眾多優(yōu)點，已經(jīng)在消費電子、電動工具、醫(yī)療電子等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在純電動汽車、混合動力汽車、電動自行車、軌道交通、航空航天、船舶艦艇等交通領(lǐng)域逐步獲得推廣。同時，鋰離子電池在大規(guī)?？稍偕茉唇尤?、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式儲能、家庭儲能、數(shù)據(jù)中心備用電源、通訊基站、工業(yè)節(jié)能、綠色建筑等能源領(lǐng)域也顯示了較好的應(yīng)用前景。
負極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一，目前商業(yè)化鋰離子電池采用的負極材料主要包括：①石墨類碳材料，分為天然石墨、人造石墨；②無序碳材料，包括硬碳和軟碳；③鈦酸鋰材料；④硅基材料，主要分為碳包覆氧化亞硅復(fù)合材料、納米硅碳復(fù)合材料、無定形硅合金。本文從技術(shù)發(fā)展的角度，對這幾種材料的優(yōu)缺點，產(chǎn)業(yè)化進展情況及未來發(fā)展趨勢進行了總結(jié)和討論。
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結(jié)語
隨著消費電子類產(chǎn)品的更新?lián)Q代、新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展、智能電網(wǎng)的迅速推廣以及其它技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅茈姵氐耐⑿枨?，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)必將在未來10～20年持續(xù)高速發(fā)展。這為我國鋰離子電池負極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了很大的機遇，但同時也提出了更高的要求。
目前，人造石墨與改性天然石墨負極材料還可以繼續(xù)在新興領(lǐng)域獲得應(yīng)用，但性能提升的幅度不大，技術(shù)成熟度很高，生產(chǎn)企業(yè)較多，利潤率較低。改性天然石墨負極材料的大量應(yīng)用需要大量開采石墨礦，天然石墨礦的無序開采以及人造石墨的石墨化除雜質(zhì)過程均有可能對環(huán)境造成污染和破壞。在未來較長的時間，石墨類負極材料的生產(chǎn)依然會持續(xù)增長，因此從環(huán)境保護的角度考慮，應(yīng)該盡快發(fā)展開采和制造過程環(huán)境友好的其它負極材料。
在電化學(xué)性能方面，其它負極材料都還存在著不同程度的不足。 硬碳材料首周效率低，成本較高；軟碳材料首周不可逆容量大，體積能量密度低；高容量的硅基負極材料首周效率、循環(huán)性能、倍率性能都還有待提高，體積膨脹問題也需要解決。雖然已經(jīng)通過各種改性處理方法不斷完善這些負極材料的制備工藝，并逐漸開發(fā)了適合這些材料的電池，但是這些新材料的產(chǎn)業(yè)化程度和技術(shù)成熟度與石墨類碳材料相比還有一定距離，針對材料在各類電池中應(yīng)用時的電化學(xué)反應(yīng)、儲鋰機制、熱力學(xué)、動力學(xué)、穩(wěn)定性、界面反應(yīng)等基礎(chǔ)科學(xué)問題的深入研究，綜合性能指標(biāo)改進、材料匹配性、服役與失效機制等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、尋找創(chuàng)新的綜合技術(shù)解決方案是下一階段的主要任務(wù)。
雖然新負極材料的開發(fā)存在著許多困難和挑戰(zhàn)，但針對各類應(yīng)用和新的技術(shù)要求，盡快研發(fā)成功針對下一代高能量密度鋰離子電池、高功率密度鋰離子電池、長壽命儲能鋰離子電池應(yīng)用的負極材料已經(jīng)是勢在必行，既是企業(yè)提升核心競爭力、擴大市場份額的唯一選擇，也是研究人員體現(xiàn)創(chuàng)新研究價值的真正舞臺。
