超电负极材料是锂离子电池中用于提升比容量和功率密度的关键材料,其研究主要集中在碳材料、非碳材料及新型复合材料领域。以下是主要类型及特点的总结:
石墨类
天然石墨 :克容量高(约3700 mAh/g),工艺成熟、成本低廉,但循环性能较差。
人造石墨 :首次库仑效率更高(可达90%以上)、寿命长、结构稳定,是当前主流负极材料。
中间相碳微球(MCNB) :软碳结构,倍率性能优异,适用于高功率场景(如航模、电动工具)。
硅基类
SiO₂负极 :理论比容量高(4200 mAh/g),但导电性差,需与碳材料复合提升性能。
硅碳负极 :通过硅与碳的复合结构,兼顾高容量与较好导电性,是硅基负极的常用形式。
硅基合金负极 :进一步优化导电性,但工艺复杂度较高。
钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)
具有高电化学稳定性和优异的高温性能,适合需要长期稳定运行的设备。
其他类型
锡基负极 :氧化物类(如SnO₂)和复合氧化物尚未实现商业化,但理论比容量较高。
含锂过渡金属氮化物 :如Li₃AlG₆,研究较多但尚未商业化。
石墨烯 :二维材料,导电性极佳,但成本高且循环寿命较短,目前多用于传感器而非电池负极。
硬碳、软碳 :硬碳适合高电压场景,软碳则因高孔隙结构提升倍率性能。
表面改性 :通过纳米结构或电解质界面工程提升材料导电性和循环稳定性。
复合结构 :如硅碳复合材料、石墨-硅复合材料,结合优势性能。
目前碳类材料(尤其是人造石墨和中间相碳微球)仍是超电负极的主流选择,但硅基等新型材料因高容量潜力仍受关注。未来需通过材料工程和工艺优化,进一步降低成本并提升综合性能。