基于铝合金/铝化合物的锂金属负极的研究进展

陈滨，高文煊，黄凌锋，韩东梅

（中山大学化学工程与技术学院，广东 珠海 519082）

随着科技的飞速发展，各类电子产品及电动汽车得以推广应用。锂电池因为具有质轻、容量大、无记忆效应等优点而被广泛用作动力来源，其中锂离子电池具有高能量密度和高循环寿命的优点，深受人们青睐。

锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液、外壳等元件组成，主要依靠锂离子在正负两极间来回移动来实现充放电的过程[1]。以正极材料为钴酸锂(LiCoO2)，负极材料为金属锂为例，锂离子电池的工作原理如图1所示。锂离子从正极LiCoO2中脱出，进入电解液中，通过隔膜后嵌入到锂负极中，完成充电过程，与此同时，外电路等电荷量的电子由正极进入负极，形成闭合回路。当电池放电时，过程与之相反，充放电过程均可逆。具体的正、负极反应见式(1)和式(2)。

图1 锂离子电池的工作原理[2]Figure 1 Working principle of lithium-ion battery [2]

目前锂电池负极材料主要有4种：碳负极材料、合金类负极材料、过渡金属化合物材料以及复合材料，其中应用最多的莫过于传统的碳负极材料和硅基负极材料。传统的碳负极材料拥有原料丰富、电化学性能稳定、振实密度高等优势，但也存在理论容量难以突破、倍率性能较差、充放电平台过低等缺陷。随着电动汽车的推广使用，虽然传统的碳负极材料已越来越接近理论最大比容量372 mA·h/g，但仍难以满足日益增长的市场需求。硅基类负极材料具有最高的理论比容量(4 200 mA·h/g)，但因为其在充放电时存在体积膨胀的现象，会导致负极材料粉化而脱落，因此在推广使用方面遇到瓶颈。……