鋰離子電池能否成功地制成，關(guān)鍵在于能否制備出可逆地脫/嵌鋰離子的負(fù)極材料。

▼碳負(fù)極材料

在實(shí)際的應(yīng)用中，鋰離子電池的碳負(fù)極材料基本上是這幾種碳素材料：人工石墨、天然石墨、石油焦以及碳纖維等。

▼錫基負(fù)極材料

錫基負(fù)極材料一般情況下可以分為兩種，一種是錫的氧化物，而另一種就是錫基復(fù)合氧化物了。錫的氧化物一般是指各種價(jià)態(tài)的金屬錫的氧化物。

▼含鋰過(guò)渡金屬氮化物負(fù)極材料

這一種負(fù)極材料還處在研究階段，目前還沒(méi)有以其作為負(fù)極材料的商業(yè)化鋰離子電池產(chǎn)品出現(xiàn)。

▼合金類負(fù)極材料

鋰離子電池合金類的負(fù)極材料，種類還是有很多的，其中包括有錫基合金、硅基合金、鋁基合金等眾多類型的合金，不過(guò)合金類的負(fù)極材料也還沒(méi)有形成大批量的規(guī)模生產(chǎn)，還在進(jìn)一步研發(fā)中。

▼納米級(jí)負(fù)極材料

納米級(jí)的負(fù)極材料，能將更微小的其它材料添加到以前傳統(tǒng)的負(fù)極材料中，以此能極大的提高鋰離子電池的充放電量和充放電次數(shù)。

選擇負(fù)極材料的選用原則

高能量比：相關(guān)于鋰電極的電極電位要更低；可逆性好：充放電反應(yīng)的可逆性好；兼容性好：與電解液和粘結(jié)劑的兼容性好；比表面積小：最好是小于10m2/g，真密度高：要大于2.0g/cm3；穩(wěn)定性好：鑲嵌鋰的過(guò)程中尺寸和機(jī)械穩(wěn)定性能好。

在地球上的資源分布要豐富，這樣才能更降低公司制作鋰離子電池的成本。假如裸露于空氣中，也能確保材料穩(wěn)定、無(wú)毒副用途，不會(huì)對(duì)鋰離子電池的使用者造成威脅。

鋰離子電池重要負(fù)極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰離子電池負(fù)極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的重要因素之一，鋰離子電池的正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜被稱為鋰離子電池的四個(gè)最核心材料。下面我們簡(jiǎn)單介紹一下各類負(fù)極材料的性能指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)及可能的改進(jìn)方向。

碳納米管

碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時(shí)由于其脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時(shí)極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，會(huì)存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺(tái)不明顯等問(wèn)題。如Ng等采用簡(jiǎn)單的過(guò)濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負(fù)極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量?jī)H為400mAh/g。

碳納米管在負(fù)極中的另一個(gè)應(yīng)用是與其他負(fù)極材料（石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等）復(fù)合，利用其獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)點(diǎn)作為載體改善其他負(fù)極材料的電性能。如郭等采用化學(xué)氣相沉積法，在膨脹石墨的孔洞中原位生長(zhǎng)碳納米管，合成了膨脹石墨/碳納米管復(fù)合材料，其首次可逆容量為443mAh/g，以1C倍率充放電循環(huán)50次后，可逆容量仍可達(dá)到259mAh/g。碳納米管的中空結(jié)構(gòu)及膨脹石墨的孔洞，供應(yīng)了大量的鋰活性位，而且這種結(jié)構(gòu)能緩沖材料在充放電過(guò)程中出現(xiàn)的體積效應(yīng)。

石墨烯

2004年英國(guó)Manchester大學(xué)研究者首次發(fā)現(xiàn)石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎(jiǎng)。石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料，具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導(dǎo)熱系數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導(dǎo)電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機(jī)械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關(guān)注。

石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，具有非常可觀的電化學(xué)性能。試驗(yàn)室曾采用水合肼作為還原劑、制備了叢林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和軟碳特性，且在高于0.5V電壓區(qū)間，表現(xiàn)出電容器的特性。

石墨烯負(fù)極材料在1C放電倍率下，首次可逆容量為650mAh/g，100次充放電循環(huán)后容量仍可達(dá)到460mAh/g。石墨烯還可作為導(dǎo)電劑，與其他負(fù)極材料復(fù)合，提高負(fù)極材料的電化學(xué)性能。如Zai等采用超聲分散法制備了Fe3O4/石墨烯復(fù)合材料，在200mA/g的電流密度下放電，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后，容量為1235mAh/g；在5000和10000mA/g電流密度下放電，經(jīng)過(guò)700次循環(huán)后，容量分別能達(dá)到450mAh/g和315mAh/g，表現(xiàn)出較高的容量和良好的循環(huán)性能。