锂离子电池负极材料

锂离子电池的类型

对锂离子的改进正在进行中，该技术目前远远没有达到成熟。要了解产品改进的潜力，我们需要研究目前电池正极和负极的构成。

目前，正极包含石墨混合物，而负极结合锂等金属，并且电池中的所有材料均拥有能量密度的理论值。随着锂离子电池的使用，正极经过良好优化以后，设计的改变对性能已经没有显着改善。另一方面，锂离子电池负极材料仍然有许多改进空间，这也说明了为什么今天的电池研究的重点是在这一领域。值得注意的是，现在电池行业每年的8-10％容量递增的趋势将会继续。聚偏氟乙烯和SBR等粘合剂仍将继续用于锂离子电池中的铜箔和铝箔上。

现今锂离子的组成丰富多样，有如 “彩虹”。负极材料成为区分成分的主要元素。下表将市场上最常见的锂离子电池的正极化学元素分为四组：钴，锰，磷和NCM。

下表将在市场上最常用的锂离子电池的正极化学元素分为四组：钴，锰，磷和NCM。

负极材料 – 锂离子电池类型
化学	标准电压	最高电压	充放电C 率	能量密度 瓦时/公斤	应用
钴	3.60V	4.20V	1C限制	110-190	手机，相机，笔记本电脑
锰（尖晶石）	3.7-3.80V	4.20V	10C持续性-40C脉冲	110-120	电动工具，医疗设备
NCM （镍钴锰）	3.70V	4.10V*	5C持续30C脉冲	95-130	电动工具，医疗设备
磷酸盐	3.2-3.30V	3.60V*	35C持续	95-140	电动工具，医疗设备
* 更高的电压提供更多的容量，但循环寿命缩短

锂离子电池负极活性材料最常见的类型

索尼在1991年推出钴基锂离子电池，由于其高能量密度得到市场迅速接受。另一方面，尖晶石基锂离子电池也于1996年相继推出，但并没有像最初那样获得成功。这可能是因为其较低的能量密度并不能满足市场需求，在那个时候客户对延长运行时间的要求最为迫切。如今，随着便携设备的涌入以及需要大电流来支持这些产品，对尖晶石的需求与日俱增。讽刺的是，电池制造商正在努力满足这些电池的市场需求，因为这样几乎没有看到这类产品的宣传广告。

镍钴锰（NCM）型号是索尼目前的重点关注产品。负极是由钴，镍，锰组成晶体结构，然后把锂添加到所形成的多金属氧化物材料内。这种电池系列包括各种产品，能够满足用户对高能量密度和/或高负荷容量的不同需求。

纳米磷酸盐材料添加到负极中，使得市面上的锂离子电池达到最高功率密度（W/kg）。该电池可在35度时连续放电深度至100％，而且能忍受高达100℃的放电脉冲。

下面的图表将三种锂离子化学元素的能量密度(Wh/kg)与传统的铅酸、镍镉和镍金属氢化物进行比较。锰和磷相比老技术的改进十分明显。锂钴氧化物提供最高的能量密度，但是它的热稳定性和提供高负载电流的能力有点弱。

常见电池化学元素的能量密度