鋰離子電池自20世紀(jì)9O年代誕生以來(lái)，發(fā)展非常迅速。與此同時(shí)，電子器件的小型化、輕便化則要求與其配套電源的能量密度更高、重量更輕，從而要求鋰離子電池容量不斷提高。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是其電極材料性能的提高。鋰離子電池剛誕生時(shí)，商品化碳負(fù)極材料的可逆容量?jī)H為200mAh/g，目前已經(jīng)增加到330mAh/g中間相碳微球(MCm)。但是碳材料負(fù)極最多也只能達(dá)到石墨的理論容量372mAh/g。顯然，為了進(jìn)一步提高負(fù)極材料的可逆容量。有必要進(jìn)行新型負(fù)極材料的研究和開(kāi)發(fā)。目前的研究工作主耍集中在Sn基、Al基和Si基合金材料。sn基合金材料是其中最早也是目前最受重視、研究最廣泛的負(fù)極材料。

1.錫基合金儲(chǔ)鋰機(jī)理

金屬中嵌入鋰時(shí)會(huì)形成含鋰量很高的鋰一金屬合金。其容量是碳材料不可比擬的Sn基合金做為鋰離子電池負(fù)極材料是考慮到同形成合金的元素可以緩沖Li—Sn合金在脫嵌鋰過(guò)程中發(fā)生的巨大體積變化。因此，一般同形成合金的元素要求對(duì)鋰表現(xiàn)為非活性或活性不大以維持電極體系的穩(wěn)定。當(dāng)然。如果緩沖體同鋰反應(yīng)后自身體積變化不大。也可以做為合金元素。比如碳材料雖然對(duì)鋰有活性。但其脫嵌鋰過(guò)程中體積變化小。基本不會(huì)影響其緩沖作用，因此也常常同形成合金負(fù)極材料.

2錫基合金負(fù)極材料的制備方法和性能

Sn基合金的初始容量普遍較碳系負(fù)極材料大，但其循環(huán)性能卻遠(yuǎn)不如碳系負(fù)極材料。最根本的原因在于sn在充放電過(guò)程中體積變化大，從而導(dǎo)致電極粉化甚至剝落直到最后失效。不同的制備方法合成的sn基合金的循環(huán)性能有很大的區(qū)別。因此在選用Sn基合金負(fù)極的時(shí)候要充分考慮到制備方法的選擇。目前sn基合金的合成方法主要有電沉積法、機(jī)械法和化學(xué)共還原法等。

2.1電沉積法

電沉積，通常稱為電鍍或電鑄。它是通過(guò)電解的方法將金屬或合金沉積在陰極表面上。金屬電沉積包括液相傳質(zhì)、前置轉(zhuǎn)化、電荷傳遞和電結(jié)晶過(guò)程。在陰極進(jìn)行還原反應(yīng)的同時(shí)，陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)，電鍍液將離子傳遞給兩個(gè)電極。

2.2機(jī)械高效球磨法

傳統(tǒng)上。新物質(zhì)的生成、晶型轉(zhuǎn)化或晶格變形都是通過(guò)高溫或化學(xué)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械能直接參與或引發(fā)了化學(xué)反應(yīng)是一種新思路。機(jī)械高效球磨法的基本原理是利用機(jī)械能來(lái)誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)或誘導(dǎo)材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化。以此來(lái)制備新材料。機(jī)械法工藝簡(jiǎn)單，獲得的物質(zhì)較精確，但是合成的物質(zhì)顆粒較大，不能很好的阻止顆粒膨脹，材料的循環(huán)性能不理想。

2.3化學(xué)還原法

通過(guò)化學(xué)還原法獲得的合金材料，粉粒粒徑一般較小，可達(dá)到微納米級(jí)至納米級(jí)，有較高的比表面積。循環(huán)性能較好。但隨著材料尺寸的降低，表面積增大。表面氧化物增多，導(dǎo)致首次循環(huán)不可逆容量增大；隨著顆粒尺寸的降低。顆粒聚合的趨勢(shì)也會(huì)增大，因此，尋找合適的顆粒尺寸和形貌。以及有目的地進(jìn)行摻雜，顯得尤為重要。

3結(jié)束語(yǔ)

錫合金負(fù)極材料由于具有加工性能好、導(dǎo)電率高、對(duì)環(huán)境的敏感性沒(méi)有碳材料明顯等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)有希望取代碳負(fù)極材料。但絕大部分合金負(fù)極材料都存著2個(gè)主要的問(wèn)題：一是首次不可逆容量大，即首充放電效率低；二是循環(huán)性能不理想，不解決這2個(gè)問(wèn)題就無(wú)法實(shí)現(xiàn)合金負(fù)極材料的實(shí)用化。目前，研究人員已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)到，通過(guò)減小材料顆粒尺寸，特別是通過(guò)采用納米材料，可以得到較好的循環(huán)性能，原因在于納米顆粒單個(gè)粒子的絕對(duì)體積變化相對(duì)較小，從而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力較小，材料在循環(huán)過(guò)程中其結(jié)構(gòu)不致遭到大的破壞。

此外，通過(guò)在納米顆粒表面修飾一層活性或非活性的材料，也可以有效改善納米合金材料的循環(huán)性能。因此，在以后的研究中，只有上述問(wèn)題得到很好的解決，錫基合金才會(huì)有廣闊的商業(yè)化前景。