锂离子电池的组成部分(一)
一、在负极材料部分，锂电池的负极材料主要是：
A、石墨系碳（graphite）
a、天然石墨
b、人工石墨
c、类石墨（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较高且材料结构具较高的规则性，所以第一次放电的不可逆电容量会较低，另外石墨系负极材料具有平稳工作电压作用，对电子产品的使用和充电器的设计较具优势。而另一种类的焦炭系与碳黑系﹝carbon black﹞的负极材料在第一次充放电反应的不可逆电容量很高，此材料可以在较高的C- rate下作充放电，放电曲线较斜，有利于使用电压监控电池容量的消耗。
石墨为层状结构，由碳网平面沿C轴堆积而成，层间距为3.36A。平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，碳层间以弱的范德华力结合，锂嵌在碳层之间
石墨的实际比容量为320—340mAh/g。平均嵌锂电位约为0.1V（VS Li+/Li），第一周充放电效率约为82—84%，迴圈性能好，且价格低廉（＜10元/Kg）。
★ 石墨类的製备 :
① 中间相碳微球（Mesophase Carbon Micro Beads, MCMB）是用煤焦油沥青、石油重质油等在350—500℃温度下加热并经分离、洗涤、乾燥和分级等过程制得的平均粒径6-10微米的碳微球，然后于28000C下进行石墨化热处理制得的碳材料。其外形呈球形，晶体结构同石墨基本一致。
MCMB的实际比容量约为310—330mAh/g，平均嵌锂电位约为0.15V（VS Li+/Li），第一周充放电效率约为88%—90%，迴圈性及大电流性能好，是目前为止最为理想的负极材料，但价格昂贵（约300元/Kg）
② 气相成长碳纤（Vapor-Grown Carbon Fiber, VGCF）是以碳氢化合物经化学蒸镀（CVD）反应，再用不同温度经热处理而成
★ 非石墨类的製备 :
① 可石墨化碳类 ---- 软碳 : 主要为焦碳﹝Coke﹞类，可由沥青或煤渣而来。
② 不可石墨化类 ---- 硬碳（最具发展潜力）。硬碳不易石墨化。是一种与石墨不同的近似非晶结构的碳材料，晶体尺寸较小，通常在几个纳米以下，呈无规则排列，有细微空隙存在，是利用高分子先驱物（polymer precursor），在不同温度下经热解所形成的无次序碳材而得到。其主要特点：嵌锂容量高，一般可达600mAh/g以上。问题：
I. 第一周充放电效率低，一般不超过60%。
II. 迴圈性能差。
C、锡基金属间化合物及複合物、锡基複合氧化物
Sn与Li能可逆地形成组成为Li4.4Sn的合金，七十年代开始就引起了人们的广泛关注。由于Sn贮锂—脱锂过程体积膨胀超过200%，极易引起电极粉化，导致迴圈性能迅速衰减。如何稳定材料结构，防止电极粉化是一直以来研究的重点。
近年来，人们发现将Sn均匀的分佈在对锂惰性的金属或化合物、複合物中，可较好地缓冲电极的膨胀，抑制电极粉化问题，从而获得比较好的迴圈性能。
D、过渡金属氮化物（Li—M—N，M=Co， Ni， Cu等）
Li2.6Co0.4N为层状结构，Li2N形成层面锂嵌入在层间，Co替代部分锂稳定结构。其具有非常高的嵌锂容量（约900 mAh/g），较好的迴圈性能，较合理的嵌锂电位（平均嵌锂电位0.3V（VS. Li+/Li））
问题：
１. Li2.6Co0.4N活性高，易与水反映，贮存和使用过程中对环境的要求严格。
２. 为富锂态，难与正极匹配。
E、金属氧化物—尖晶石型Li[Li1/3Ti5/3]O4 Li4Ti5O12+3 Li+ === Li7Ti5O12
迴圈性好，充放效率高（不形成SEI膜），安全性好（不存在金属锂的沉积）。
问题：嵌锂—脱锂电位高（1.5V，VS. Li+/Li），比容量低（约150mAh/g），导致电池比能量下降。
应用：电动汽车？与现有锂离子电池相比，安全性好；与镍氢电池相比，比能量高（应可达90—100Wh/Kg）。