鋰離子電池的組成部分之負極（非常詳細）
2、負極（1）
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2、負極（2）
??在負極材料部分，鋰電池的負極材料主要是：
???A、石墨系碳（graphite）
??????a、天然石墨
??????b、人工石墨
??????c、類石墨（如?MCMB?,?Meso?Carbon?Micro?Beads）
???B、非石墨碳材（如焦碳系，coke）
????由于石墨系的重量能量密度較高且材料本身的結構具有較高的規則性，所以第一次放電的不可逆電容量會較低，另外石墨系負極材料具有平穩工作電壓作用，對電子產品的使用和充電器的設計較具優勢。而另一種類的焦炭系與碳黑系﹝carbon?black﹞的負極材料在第一次充放電反應的不可逆電容量很高，但是此材料可以在較高的C-?rate下作充放電，另外此材料的放電曲線較斜，有利于使用電壓來監控電池容量的消耗。?
負極（3）
????石墨為層狀結構，由碳網平面沿C軸堆積而成，層間距為3.36A。平面碳層由碳原子呈六角形排列并向二維方向延伸，碳層間以弱的范德華力結合，鋰嵌在碳層之間
????石墨的實際比容量為320—340mAh/g。平均嵌鋰電位約為0.1V（VS?Li+/Li），第一周充放電效率約為82—84%，循環性能好，且價格低廉（＜10元/Kg）。
A、石墨類的制備
????①中間相碳微球（Mesophase?Carbon?Micro?Beads,?MCMB） ????是用煤焦油瀝青、石油重質油等在350—500℃溫度下加熱并經分離、洗滌、干燥和分級等過程制得的平均粒徑6-10微米的碳微球，然后于28000C下進行石墨化熱處理制得的碳材料。其外形呈球形，晶體結構同石墨基本一致。
MCMB的實際比容量約為310—330mAh/g，平均嵌鋰電位約為0.15V（VS?Li+/Li），第一周充放電效率約為88%—90%，循環性及大電流性能好，是目前為止最為理想的負極材料，但價格昂貴（約300元/Kg）
負極（4）
A、石墨類的制備
②氣相成長碳纖（Vapor-Grown?Carbon?Fiber,?VGCF）
????以碳氫化合物經化學蒸鍍（CVD）反應，再用不同溫度經熱處理而成
負極（5）
B、非石墨類的制備
????①可石墨化碳類?----?軟碳 ??????主要為焦碳﹝Coke﹞類，可由瀝青或煤渣而來
2、負極（6）
B、非石墨類的制備
②不可石墨化類?----?硬碳（最具發展潛力）
????硬碳不易石墨化。是一種與石墨不同的近似非晶結構的碳材料，晶體尺寸較小，通常在幾個納米以下，呈無規則排列，有細微空隙存在，是利用高分子先驅物（polymer?precursor），在不同溫度下經熱解所形成的無次序碳材而得到。其主要特點：嵌鋰容量高，一般可達600mAh/g以上。問題：
??A、第一周充放電效率低，一般不超過60%
??B、循環性能差
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負極（7）-錫基金屬間化合物及復合物、錫基復合氧化物
????Sn與Li能可逆地形成組成為Li4.4Sn的合金，七十年代開始就引起了人們的廣泛關注。由于Sn貯鋰—脫鋰過程體積膨脹超過200%，極易引起電極粉化，導致循環性能迅速衰減。如何穩定材料結構，防止電極粉化是一直以來研究的重點。
????近年來，人們發現將Sn均勻的分布在對鋰惰性的金屬或化合物、復合物中，可較好地緩沖電極的膨脹，抑制電極粉化問題，從而獲得比較好的循環性能。
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負極（7）-錫基金屬間化合物及復合物、錫基復合氧化物
????九十年代中期，富士公司宣布推出采用錫基復合氧化物為負極的鋰離子電池，盡管最終富士公司并沒有實施，但它使錫基復合氧化物材料成為90年代末期負極開發的焦點。盡管Sn基復合氧化物具備比較高的比容量（450?mAh/g以上），但由于第一周不可逆容量太大（第一周充放電效率約為60%），限制了其在實際電池中的應用。
??????2Li+?+?SnO?+?2e?→?Li2O?+?Sn?????????nLi+?+?Sn?===?LinSn（n≤4.4）
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極（8）-過渡金屬氮化物（Li—M—N，M=Co，?Ni，?Cu等）
????Li2.6Co0.4N為層狀結構，Li2N形成層面鋰嵌入在層間，Co替代部分鋰穩定結構。其具有非常高的嵌鋰容量（約900?mAh/g），較好的循環性能，較合理的嵌鋰電位（平均嵌鋰電位0.3V（VS.?Li+/Li））
問題：
A、Li2.6Co0.4N活性高，易與水反映，貯存和使用過程中對環境的要求嚴格
B、為富鋰態，難與正極匹配
負極（8）-過渡金屬氮化物（Li—M—N，M=Co，?Ni，?Cu等）
????由于Li2.6Co0.4N為富鋰態，而Sn基復合氮化物第一周效率低，因此將兩者結合組成復合電極材料正好彌補了兩者的不足。研究表明，復合電極材料具備較好的電性能，第一周充放電效率可達100%。
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負極（9）-金屬氧化物—尖晶石型Li[Li1/3Ti5/3]O4
???????Li4Ti5O12+3?Li+?===?Li7Ti5O12
循環性好，充放效率高（不形成SEI膜），安全性好（不存在金屬鋰的沉積）。
問題：嵌鋰—脫鋰電位高（1.5V，VS.?Li+/Li），比容量低（約150mAh/g），導致電池比能量下降。
應用：電動汽車？與現有鋰離子電池相比，安全性好；與鎳氫電池相比，比能量高（應可達90—100Wh/Kg）。
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