【正文】 250 mAh／8。歸納起來不外乎：人工施加一層固體電解膜，材料表面無定形化．采取高分子膜修飾，通過各種氧化／還原體系處理碳材料，物理或化學(xué)處理碳材科，W .Xing等[5]指出，碳材表面的功能團(tuán)和吸附的雜質(zhì)會對首次充電過程溶劑的分解反應(yīng)及鈍化膜的形成造成一定的影響。在表面修飾方面，前人作了大量的工作。 從上文中可知，用作負(fù)極的碳材料都各有其優(yōu)、缺點(diǎn)。這將大大減小其改性電極材料的首次不可逆比容量，最近，鋰離子存儲容量石墨烯被發(fā)現(xiàn)是784毫安/ 15克，這是兩倍石墨的能力實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)快速地充放電。然而，碳納米管改性石墨電極材料的最大缺點(diǎn)在于，其首次不可逆比容量比較高，這主要是由其管狀結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)在鏗離子插入和脫插過程中的不對稱性引起的。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得鋰離子的嵌入深度小，路徑短。零維的富勒烯、一維的碳納米管和二維的石墨烯相繼被發(fā)現(xiàn)，使碳負(fù)極材料絕處逢生，邁入新的歷史時期。石墨在碳家族中首先被用于商品化鋰離子電池的負(fù)極材料，解決了金屬鋰做負(fù)極材料時存在的安全問題，實(shí)現(xiàn)了可逆充放電，但受層間儲鋰數(shù)量所限，它的比容量低。 碳材料 根據(jù)石墨化的程度，碳材料一般可分為石墨、軟碳和硬碳。這類材料一般應(yīng)具有以下性能[3]： （1）在負(fù)極材料中大量鋰離子可以發(fā)生可逆插入和脫嵌以獲得高比容量；（2）氧化還原電位隨鋰離子插入量的變化應(yīng)該盡可能小，這樣電池的電壓不會發(fā)生顯著變化，可保持較平穩(wěn)的充放電；（3）在整個插入/脫嵌過程中，鋰離子的插入和脫嵌不引起材料結(jié)構(gòu)的較大變化，以確保良好的循環(huán)性能（4）鋰離子在電極材料中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充放電；（5）插入化合物有較好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，這樣可以減少極化，并能進(jìn)行大電流充放電。在正常充放電情況下，鋰離子在和石墨和層間來回嵌入和脫出，一般只引起層間距的變化，不破壞晶體結(jié)構(gòu)[2]。鋰離子經(jīng)電解液到達(dá)石墨負(fù)極，插入到石墨片層，同時電子作為補(bǔ)償電荷從外電路到達(dá)石墨負(fù)極，以保證負(fù)極的電荷平衡。Li+和Co+各自位于立方緊密堆積氧層中交替的八面體位置。充電時從正極材料中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向負(fù)極遷移，同時電子在外電路從正極流向負(fù)極，在負(fù)極得到電子后向負(fù)極晶格中嵌入，放電時則相反。本文從不同納米材料的結(jié)構(gòu)和性能出發(fā)，綜合其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，探討了其儲鋰機(jī)制和充放電的性能，最后展望了各納米材料的發(fā)展前景。進(jìn)入二十世紀(jì)90年代，納米科學(xué)技術(shù)擴(kuò)展到電化學(xué)領(lǐng)域。復(fù)合材料綜合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有有益的循環(huán)性能、較高的比容量及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。然而，對于單純的金屬氧化物負(fù)極材料，盡管其理論的比容量較高，但其循環(huán)穩(wěn)定性不及碳材料，且倍率性能低，故在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了基于過渡金屬氧化物的復(fù)合材料[1]。h/ g ，研究有更高比容量的負(fù)極材料代替碳材料，以提高鋰離子電池的能量密度，具有重要的意義。 鋰離子電池性能的提高關(guān)鍵在于其電極材料性能的改善，而負(fù)極材料是提高電池容量和循還性能的重要因素。因此，鋰離子電化學(xué)仍是一門新興的學(xué)科，如何改進(jìn)鋰離子電池的性能，如容量、功率、穩(wěn)定能、安全性、成本、充放電速率、壽命和環(huán)境保護(hù)等方面，仍有極大的探索空間和發(fā)展?jié)摿?。鋰離子電池作為一種綠色能源，具有工作電壓高，質(zhì)量輕，比能量大，自放電小，循環(huán)壽命長，無記憶效應(yīng)，無環(huán)境污染等突出優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是攝像機(jī)、移動電話、筆記本電腦以及便攜式測量儀器等電子裝置小型輕量化的理想電源，也是未來汽車高能動力電池的首選電源。主要綜述了近幾年鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用與研究情況,如石墨烯與過渡金屬氧化物( MxOy，M = Sn、Co、Fe、Mn、Cu、Ni等)復(fù)合材料、納米線復(fù)合材料等的應(yīng)用，研究了不同的納米復(fù)合材料與石墨烯復(fù)合材料的穩(wěn)定性及其充放電的性能，同時展望了納米材料在電極材料中的發(fā)展前景。不同納米材料在電極材料中的應(yīng)用研究摘要：提高鋰離子電池的性能，關(guān)鍵在于選取合適的電極材料。本文介紹了不同納米材料在鋰離子電池中的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：鋰離子電池 石墨烯 過渡金屬氧化物 儲鋰 復(fù)合材料0 引言能源和環(huán)境是人類跨入21 世紀(jì)面對的兩個嚴(yán)峻的問題，開發(fā)新能源和可再生清潔能源是世界經(jīng)濟(jì)中最具決定性影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。鋰離子電池真正投入商業(yè)化生產(chǎn)是在２０世紀(jì)９０年代初期，對鋰離子電池系統(tǒng)性的研究也只進(jìn)行了２０余年。對鋰離子電池進(jìn)行性能上的改善和提高，主要可以從電極材料、電解質(zhì)和電池組裝工藝3個方面入手。目前，鋰離子電池所采用的碳負(fù)極材料其理論容量為372 mA 而過渡金屬氧化物( MxOy，M = Sn、Co、Fe、Mn、Cu、Ni等)由于其較高的比容量，引起了人們的廣泛關(guān)注。由于碳納米管（CNTs）與石墨烯(Graphene)的非常好的力學(xué)性能與導(dǎo)電性能，過渡金屬氧化物與碳納米管和石墨烯的復(fù)合材料是一個研究的熱點(diǎn)。此外，一維納米線、孔結(jié)構(gòu)的氧化物負(fù)極材料等也得到了長足的發(fā)展。由于納米材料具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)，因此納米材料具有許多獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，如比表面積大、鋰離子脫出嵌入深度小，行程短的特點(diǎn)，作為電極材料，可逆容量高，循環(huán)壽命長，充放電過程中體積變化小。1 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池由正極、負(fù)極和電解質(zhì)構(gòu)成。以商業(yè)化的石墨/電池為例，圖1給出了鋰電池的充放電原理圖。充電時，鋰離子從八面體位置脫出，釋放一個電子，氧化為。放電時則相反。2 鋰離子電池對于負(fù)極材料的要求 目前，發(fā)展高比容量鋰離子電池的關(guān)鍵在于制備能夠可逆插入 和脫嵌鋰離子的負(fù)極材料。3 鋰離子電池負(fù)極材料 目前負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)主要集中在以下幾種:碳材料、硅基材料、納米金屬氧化物、金屬及新型合金。此外還有低溫處理碳前驅(qū)體得到的無定形碳材料。而硬碳和無定形碳材料雖然具有較高的容量，但結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定，存在電壓滯后現(xiàn)象和較大的容量衰減以及較大的首次不可逆容量，不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需求，至今也沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。碳納米管僅為納米尺寸，管與管之間交錯的縫隙也僅為納米尺寸。鋰離子不僅可嵌入到管內(nèi)各管徑、管芯，而且可嵌入到管間的間隙中，從而為鋰離子提供大量的嵌入位置，所以具有很好的貯鋰能力，其可逆比容量分別為 351mAh/g和681mAh/g，而且電極循環(huán)穩(wěn)定性好。后來發(fā)現(xiàn)的石墨烯具有與碳納米管相似甚至更優(yōu)秀的性能，更大的比表面積、更高的電子遷移率、較小的質(zhì)量密度、好的延展性、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性等，此外，其單層的分子結(jié)構(gòu)，使得鑲嵌在其表面的鋰離子在脫嵌時少了很多限制，即鋰離子在插入和脫嵌時具有的對稱性增強(qiáng)[4]。隨著對富勒烯、碳納米管和石墨烯研究的不斷深入，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，如進(jìn)行表面修飾與改性處理、或者摻雜處理，或者與過渡金屬氧化物進(jìn)行復(fù)合，可很大程度地提高其比容量。因此．前人為了改善碳材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時的電化學(xué)性能，還研究丁對碳材料的修飾、改性。．在碳材料的表面修飾和改性方面的工作。同時他們也得出了在硬碳外沉積一層軟碳能降低碳材的不可逆容量的結(jié)論。Zhao Lin Liu等[7]人引研究了在合成石墨表面實(shí)施化學(xué)鍍銅，發(fā)現(xiàn)修飾后的石墨材料在放電容量及庫侖效率等方面都得到了改善。較常見的摻雜元素包括B、Si、N、S、P、Ni、Pb。在25mA/g的電流強(qiáng)度下充電30s中，氮摻雜的石墨烯的比容量為199mAh/g,硼摻雜的石墨烯的比容量為235mAh/g，而純的石墨烯的比容量僅為100mAh/g。所以，通過摻雜改善電極材料的性能是行之有效的。然而，對于單純的金屬氧化物負(fù)極材料，盡管其理論的比容量較高，但充放電過程中劇烈的體積變化會使它們的性能變差，故循環(huán)穩(wěn)定性不及碳材料，且倍率性能低，于是，就有人提出用碳材料如碳納米管或石墨烯與過渡金屬氧化物復(fù)合。此外，碳材料是導(dǎo)體，利于電子的傳輸，彌補(bǔ)了過渡金屬氧化物電導(dǎo)率低的特點(diǎn)，可提高材料倍率充放電性質(zhì)。當(dāng)Sn與鋰的合金化造成體積變化250%（），這種巨大的容量變化將導(dǎo)致SnO2作為電極材料需要承受巨大的循環(huán)應(yīng)力，容易粉化失效，所以提出SnO2的復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用碳納米材料作為物理緩沖層來阻擋體積的變化。石墨烯復(fù)合材料。而且與單純的SnO2納米材料相比，其循環(huán)性能加大，在30個循環(huán)之后，復(fù)合材料的充電容量能達(dá)到570mA/g,相當(dāng)