隨著現代化社會以及現代化工業的快速發展，人類在能源方面的需求量也在與日俱增，久而久之，礦物能源將會面臨著枯竭的風險。在這樣的形勢之下，由于鋰電池擁有著安全性能好、高電壓、循環壽命長以及高容量的特點，因此，應用鋰電池不僅可以讓能源危機得到緩解，而且還能使環境污染的壓力得到減輕。由正負極以及電解質這三部分就組成了鋰電池。因此，在鋰離子二次電池當中的負極材料首先能夠得到人類應用的就是金屬鋰材料，其次才是合金材料。但是，不管是金屬鋰材料，還是合金材料，根本就解決不了鋰電池的安全性能，在這樣的形勢下，自然而然的就誕生了鋰電池負極材料中的碳材料。
1 鋰電池中的負極材料
1.1 鋰電池中的碳材料
應用在鋰電池中碳材料的負極材料主要包括了以下三種：即石墨材料、無定型碳材料以及碳納米管材料。在這些鋰電池碳負極材料當中，石墨材料又可以分為天然的、人造的以及石墨化碳這三種;無定型碳材料又可以分為硬碳跟軟碳兩種;而碳納米管材料則是根據自身壁的多少，分為多壁碳納米管和單壁碳納米管兩種。在石墨化碳材料中插入鋰元素的行為研究早在上個世紀50年代的中期就開始了。在石墨化碳材料中插入鋰元素這一過程在首次循環的時候，因為在固體形勢下的電解質界面膜或者是界面上的保護層得以形成，使得鋰的插入量比可以逆脫而出的量要高些，但在之后的循環過程當中，這兩者基本上是相等的。在所有商品化的碳材料當中，最有實力的碳材料就非石墨化中間相微珠莫屬了。但是，石墨化中間相微珠的碳材料也存在著一些不足之處，比如在PC電解液當中循環的時候，會發生分解的現象。這種時候，就可以通過元素（比如S元素、B元素、F元素）之間的摻雜來處理，或者也可以采取與金屬復合的方式。因為在碳材料中插入鋰元素的安全性能比較好，電極電位會比較低，并且循環的效率比較高，所以在電池商業的應用當中，碳材料成為了人類的第一選擇。
1.2 鋰電池中的合金材料
鋰元素可以與許多的金屬M（比如Ca金屬、Mg金屬、Sn金屬、Al金屬等）在室內溫度的環境之下，形成金屬之間的化合物。但是，在一般情況下，鋰合金的形成是可逆反應的，所以，從理論上來說，能夠與鋰元素形成合金的過渡金屬，都可以當作鋰電池當中的負極材料。但是，因為鋰元素與這些金屬在形成合金的這一過程當中，這些金屬的體積會發生比較大的變化，使得鋰元素在充電或者是放點的過程中出現反復脫嵌的現象，最終會降低材料的機械強度，使得鋰元素的循環性能降低。因此，在鋰電池負極材料領域的研究中，引起人類廣泛關注的就是活性復合合金體系的研究以及非活性復合合金體系的研究。這些復合合金體系主要集中在Sn基合金材料、Sb基合金材料以及Sn基復合物、Sb基復合物當中。
1.3 鋰電池中的鈦氧化物
在目前人類研究鋰電池負極材料中的鈦氧化物當中，主要包括了堿硬錳礦鈦氧化物、金紅石鈦氧化物、板鈦礦多種結構的鈦氧化物以及銳鈦礦鈦氧化物。而鈦氧化物與鋰元素的復合型氧化物就包括了尖晶石、斜方相以及銳鈦礦。在鈦氧化物的三元系化合物當中，鋰電池負極材料的研究領域中被人類研究較為頻繁的就是尖晶石的復合型氧化物。尖晶石的復合型氧化物是由低電位過渡金屬鈦以及金屬鋰兩種氧化物組合而成的，并且組成之后的尖晶石復合型氧化物是一種有著缺陷的尖晶石結構。這種存在缺陷的尖晶石結構是一種不導電的白顏色晶體，表面的結構是立方體的，屬于典型的AB2X4系列，因為擁有著鋰離子身上的三維擴散通道，所以這種尖晶石復合型氧化物可以在空氣當中穩定的存在。在鋰離子嵌入-脫嵌的這一整個過程當中，尖晶石復合型氧化物材料中的晶體結構，可以讓穩定的性能始終得到高度性的保持，而鋰離子不管是在嵌入之前，還是在嵌入之后，都可以成為尖晶石結構，并且尖晶石規格的常數不會有很大的變化，尖晶石的體積變化也不會很大，一般情況下，尖晶石的體積變化都是在小于1%以內的，所以尖晶石復合型氧化物也被稱作為“零應變”的電極材料，因此，尖晶石復合型氧化物的研究價值是非常廣泛的。
2 展望
從人類對鋰電池應用的短期間來看，鋰電池仍然將會是人類應用最為廣泛的便攜式二次電池。因此，鋰電池在人類應用范圍的進一步擴展形勢之下，人類對鋰電池的材料以及鋰電池的制備方面，提出的要求將會越來越高。因此，對鋰電池中的負極材料來說，處于商品化的石墨類碳材料存在著可燃性差、存儲鋰能量的容量較低等問題。因此，在這樣的環境下，能夠開發出性能更加優秀的非碳負極材料，才是鋰電池課題研究中的重點話題之一。尖晶石材料中的晶體結構，可以讓穩定的性能得到高度性的保持，而鋰離子不管是在嵌入之前，還是在嵌入之后，都可以成為尖晶石結構，并且尖晶石規格的常數不會有很大的變化，尖晶石的體積變化也不會很大，因此，尖晶石的研究價值是非常廣泛的。尖晶石可以引入到碳材料中，也可以引入到導電聚合物中，或者是引入到導電無機粒子所形成的復合材料中，不僅可以將材料中的導電率同步提升、還可以讓材料中的存儲鋰容量以及循環穩定性能得到同步提升。因此，人類應用在大規模生產的廉價制備的負極材料以及復合技術是鋰電池負極材料研究領域當中的重點。
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