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　　摘要：综述了锂离子电池合金负极原料的查究进步，网罗铝基、锡基以及硅基合金负极原料；对合金负极原料研发中存正在的题目和贮锂机制举行了理会。活性粒子纳米化、众重缓冲机闭和众组分复合格式是合金负极原料的成长偏向。

　　目前，商用锂离子电池广大采用石墨及改性石墨举动负极原料，其外面容量较低[1—2]。

　　高容量锂离子电池负极原料的查究与利用已成为普及电池机能的要害。正在外面上，少少可能与锂构成合金体系的金属或类金属都可举动锂离子电池负极原料。这些负极原料统称为合金负极原料。与石墨比拟，合金负极原料的外面贮锂容量大，贮锂电位低。本文作家总结了近年来区别合金负极原料的查究进步，指出了研发中存正在的题目，并瞻望了合金负极原料的成长偏向。

　　正在嵌锂流程中，Li+通过电解液来到负极的活性物质皮相，正在负极上获得自正在电子，变成锂Ô­子后浸积到负极皮相[3]，之后锂Ô­子从负极原料的皮相扩散到负极原料的内部，爆发合金化反映。这个流程对应于外电道的放电流程；反之，正在高电位下，锂Ô­子因为化学本质绚烂而正在负极皮相落空电子，变成 Li+，并正在电场效用下迁徙至正极；负极内部的锂Ô­子扩散到负极皮相，看待负极而言爆发了合金的剖判，这个流程对应于外电道的充电流程[4]。

　　看待石墨电极，正在电池充放电流程中，锂正在石墨片层间杀青嵌脱流程，并变成锂碳嵌入化合物LiC6。Li+正在层状石墨中的嵌脱反映只会惹起层间距的蜕化，不会摧毁晶体机闭[4]。

　　外1给出了目前查究较众的活性贮锂元素的机能参数。明显，合金负极原料具有比石墨高的外面容量。

　　合金负极原料的欠缺是初度不成逆容量较大和Ñ­环机能差，尤其是其Ñ­环机能与石墨电极的相差甚远。根底Ô­因正在于：合金负极原料的反映机制区别于石墨负极原料[4]。石墨负极原料具有非常层状怒放机闭，正在举行嵌脱锂反适时，机闭不爆发重构，只爆发体积的中断和膨胀。大无数可能与锂变成合金的金属元素正在爆发嵌脱锂反适时，会变成含锂的金属间化合物LixMy，区别元素变成的晶体机闭不同很大。云云，化合物变成时，组分晶体的机闭会爆发重构，并伴跟着大的体积膨胀；同时，正在晶体原料中，金属间化合物的变成还会导致两相界线区域发生不匀称的体积蜕化，酿成活性颗粒的粉碎或粉化。这种粉碎和粉化会导致活性颗粒和电极落空接触，乃至酿成负极的崩塌，嵌入活性物质中的锂正在随后的流程中无法脱出；假使锂可能从活性物质中脱出，活性物质正在室温下也不具备再结晶才力，会造成松散的非晶物质[5,9-10]。正在非晶原料中，固然锂嵌入导致的体积膨胀是匀称的，膨胀和中断即使可逆，体积的蜕化也会发生很大的不成逆容量。

　　遵循以上题目，合金负极原料的查究人人聚合正在怎样减小原料的不成逆容量或普及Ñ­环机能方面。目前广大采用A-M式金属间化合物的时势来缓冲合金负极原料的体积蜕化[11]，此中A是Al、Sn、Si和Sb等活性贮锂元素，M是不行与锂变成合金的元素。该编制的明显特质是活性粒子匀称漫衍正在惰性基体上，惰性组分可缓冲锂嵌脱反适时惹起的体积变形，正在肯定水平上普及了合金负极原料的Ñ­环机能。

　　锡具有较高的外面容量。当天生Li22Sn5金属间化合物时，外面容量为990mAh/g。因为Li-Sn化合会发生较大的体积膨胀，酿成了锡基原料的Ñ­环机能变差。

　　金属间化合物Cu6Sn5是较为类型的A-M式负极原料[12]。老例的Cu6Sn5制备办法有板滞合金化法、气体雾化法和熔体速淬法[13]等。J.Wolfenstine等[14]制备出了Cu6Sn5合金，当粒度抵达纳米级时，容量衰减明显裁减，100次Ñ­环后的体积容量为 1450mAh/ml。Cu6Sn5的Ñ­环机能再有待普及，用高能球磨法制备出的纳米晶Cu6Sn5，正在20次Ñ­环后的容量依旧率仅为 60%[15]。K.D.Kepler，等[12]的查究结果注解：添补惰性元素Cu的含量，可添补合金的Ñ­环安宁性。

　　J.Yang等[16]对锡基氧化物的贮锂机制举行了查究：锂与锡基氧化物反映，起首天生非晶态的Li2O惰性相和金属锡相，跟着锂的嵌入反映进一步举行，锂与锡化合天生金属间化合物。

　　目前广大采用众组分复合格式，进一步普及Cu-Sn合金的Ñ­环机能。D.C.Kim等[17]用化学还Ô­法制备了掺0.3% B的纳米Cu6Sn5合金粉末，80次Ñ­环后的容量约为200mAh/g。

　　正在种种合金负极原料中，薄膜原料据有紧要位子。薄膜负极与集流体之间集合严紧，裁减了粘结剂对电极机能的影响。 Y.L.Kim等[11]采用电子束蒸镀的办法制备了掺Ag的Sn-Zr薄膜，跟着Zr量的添补，Sn-Zr薄膜的Ñ­环安宁性添补。200次Ñ­环后，Sn57Zr33Ag10的容量正在1700mAh/cm3支配。

　　Al-Li二元相图显示，锂与铝可化合天生AlLi、Al2Li3和 Al4Li9等。当天生Al4Li9时，铝的质地比容量高达2234mAh/ g，是石墨负极的7倍支配[19]。

　　超细铝粉正在锂嵌入后会惹起猛烈的电极钝化效用，不适于作负极原料，查究者们对纯铝的查究众聚合于薄膜样品。 Y.Hamon等[19]采用热蒸镀办法制备了区别厚度的铝薄膜，以金属锂为对电极举行恒流充放电测试。锂嵌入时，正在0.26V (vs.Li)处显示分明的电压平台，但并没天生Al4Li9相，此中，厚度为0.1μm的薄膜的初度可逆容量抵达800mAh/g；厚1.0μm的薄膜则低落到420mAh/g。薄膜越薄，正在笔直于薄膜偏向惹起的体积效应越小，对应的可逆容量越大，充放电服从越高。

　　怎样裁减Ñ­环流程中的体积变形AG九游会官方，也是铝基合金原料务必处置的一个题目，众组分复合格式是处置这一题目的有用办法。目前查究较众的二元铝基合金有Al2Cu、Al6Mn和AlNi等[19]，但贮锂机制较量庞大。M.J.Lindsay等[20]制备了Fe2Al5粉末，粒度为0.5μm的样品的可逆容量抵达485mAh／g，亲近天生AlLi时的外面容量(543mAh/g)，然则2次Ñ­环后的容量依旧率仅为30%。

　　硅与锂化合，可天生Li12Si7、Li7Si3、Li13Si4 和Li22Si5等，此中Li22Si5对应的贮锂容量达4200mAh/g，但容量衰减很速。单质硅举动锂离子电池负极原料，正在早期的电极原料查究中据有紧要位子，众聚合于薄膜原料。种种非晶硅薄膜Ñ­环特点均高于晶态单质硅，如采用气相浸积法制备的非晶硅薄膜[21]，前3次Ñ­环的放电容量抵达1000mAh/g，但Ñ­环机能有待改进。

　　正在硅基原料中引入Mg、Mn、Ca和Cr元素，可缓解嵌脱锂流程惹起的体积蜕化，此中，Mg2Si的查究较众[22]。俊美等[23]采用板滞合金退火法合成了Mg2Si和MnSi金属间化合物。Mg2Si的初度放电容量亲近600 mAh/g，但3次Ñ­环后的容量依旧率仅为9%；MnSi金属间化合物的容量衰减较Mg2Si小，60次Ñ­环后的容量依旧正在200mAh/g以上。

　　目前，Si/C二元复合原料也被广大查究[26]，Si/C二元复合负极原料[m(MCMB)：m(Si)=7:3]正在以500mAh/g的比容量职掌时，可举行90次Ñ­环，具备了较好的Ñ­环特点。

　　其他合金负极原料，如Ag、sb基等也被广大查究。因为Ag的价值较高、体积质地较大，举动单质查究的较少，而众采用增添其他活性元素和惰性元素的格式制备Ag基负极原料。 J.T.Yin等[27]用板滞合金化法制备了Ag-Fe-Sn合金，Fe的插手普及了负极原料的机能；组分为Ag36.4Fe15.6Sn48的合金正在 300次Ñ­环后，可逆容量依旧正在280mh/g，远高于Ag52Sn48。