一 研究背景 锂离子电池以高能量密度、高功率密度、安全性能好、循环寿命长、无污染、无记忆效应等诸多优点被广泛应用在便携式电子产品、电动车、军用设备以及航天器等领域中[1]。

电极材料在锂离子电池中占有举足轻重的地位，寻找容量高、安全性能好、工作电压高、倍率性能好、循环寿命长和低成本的电极材料一直是锂离子电池研究的重点与热点。

目前，电极材料的研究主要是建立在实验基础上，但是由于受到技术、实验条件、候选材料的多样性以及环境因素等多方面的限制，实验研究会消耗大量的时间、人力、物力和财力，并且人们还无法从微观角度对电极材料中脱嵌锂所导致的结构相变以及对电子结构的影响等进行很好的解释，而从微观角度才能了解不同电极材料性能差别的本质原因。

二 锂离子电池工作原理及特点 2.1锂离子电池结构 实用锂离子电池一般包括以下部件：正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极 引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、PTC(正温度控制端子)、电池壳[2]。

锂离子电池的示意图如下： 图1-1 锂离子电池的结构 2.2锂离子电池的充放电原理 以石墨为负极、LiCoO2为正极为例，简示如图1-2 图1-2 锂离子电池的充放电原理示意[3] 电极反应如下： 正极： LiCoO2#8651;Li1-xCoO2 xLi xe- 负极： 6C xLi xe-#8651;LixC6 总的反应： 6C LiCoO2#8651;Li1-xCoO2 LixC6 2.3锂离子电池特点 锂离子电池的性能目前具有以下优点[4-5]：（1）能量密度高（2）平均输出电压（约 3.6V），为Ni-Cd、Ni-MH电池的三倍（3）输出功率大（4）自放电小（5）没有Ni-Cd、 Ni-MH电池一样的记忆效应，循环性能优越（6）可快速充放电（7）充电效率高）（8） 工作温度范围宽（9）无需维修（10）没有环境污染，称为绿色电池（11）使用寿命长 当然，锂离子电池也有一些不足之处：（1）成本高，主要是正极材料LiCoO2的价 格高，随着正极技术的不断发展，可以采用氧化锰锂为正极，从而可以大大降低锂离子 电池的成本（2）必须有保护电路，以防止过充电（3）与普通电池的相容性差 同其优点相比，这些缺点不成为主要问题，特别是用于一些高科技、高附加值产品 中，此应用范围非常广泛。

三 锂离子电池负极材料选择要求 锂离子电池负极材料应具备如下性能[6]：（1）正负极的电化学位差大，从而可获得高功率电池；（2）锂离子的嵌入反应自由能变化小；（3）锂离子的可逆容量大，锂离子的嵌入量的多少对电极电位的影响不大，从而保证电池稳定的工作电压；（4）高度可嵌入反应，良好的电导率，热力学稳定的同时还不与电解质发生反应；（5）循环性 好，具有较长的循环寿命（6）锂离子在负极的固态结构中具有高扩散率；（7）材料的 结构稳定、制作工艺简单、成本低。

就目前而言，研究较多的负极材料有碳素材料、氧 化物材料、金属及合金类材料。

四 常用负极材料 4.1碳基负极材料 碳素材料具有电压低、循环性能好、质量比能量大、不可逆容量小等优点，是锂离 子电池中应用最广泛的一种商品化负极材料[7]。

但是它还有一些难以克服的弱点。

这是 因为碳负极在有机电解液中会形成钝化层（SEI）[8]，该层虽可传递电子和锂离子，但会 引起初始容量的不可逆损失；而且电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充电时， 碳电极表面易析出金属锂，从而可能会形成锂支晶而引起短路；其次，在高温下，碳负 极上的保护层可能分解而导致电池着火；另外，碳电极的性能受制备工艺的影响很大。