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金属氧化物负极材料嵌脱锂机制研究进展
作者：张超赵会友
来源：《山东工业技术》2017年第13期
摘要：金属氧化物负极材料作为一种重要的锂离子电池组成部分，对电池性能的提升起
至关重要的作用。本文介绍金属氧化物负极材料嵌脱锂机制，可分为三类：合金化反应机制、插入反应机制、转化反应机制；着重介绍在各种机制下材料存在的优缺点，以及改进方法，并对后续金属氧化物负极材料的发展趋势进行展望。
关键词：锂离子电池；金属氧化物负极材料；嵌脱锂机制
DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/a013288727.html,ki.37-1222/t.2017.13.003
0 引言
锂离子电池在科技腾飞的时代已经成功运用于各种重要高端的航天、医疗、环保、汽车、便携电子产品等领域，助力新兴科技加速发展[1]。同时，人们对锂离子电池的要求也在不断
提高，设计高性能锂离子电池已经成为现阶段的主题。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，起到至关重要的作用，已商业化的石墨负极理论容量（372mAh/g）[2]难以满足当前需要，而自然储量颇为丰富的金属氧化物以其高理论容量等优点倍受科研工作者关注，有望成为未来锂离子电池的主流材料。但不同的金属氧化物负极材料其嵌脱锂机制[3]不同，可分为合
金化反应机制、插入反应机制、转化反应机制三种，每种机制对应产生的副效应也不一样，这就使得金属氧化物材料会在嵌入锂离子过程中发生体积膨胀[4]，导致材料粉化，影响其电化
学性能。因此根据不同嵌脱锂机制的负极材料提出不同的解决方法，才能提升锂离子电池的电化学性能。本文依照金属氧化物嵌脱锂机制分类总结近年来金属氧化物锂离子电池负极材料的研究进展。
1 合金化反应机制
合金化反应机制即金属氧化物与发生反应，伴随有金属单质生成，然后金属单质与进一步合金化反应生成锂合金，其反应方程式为：
以典型代表为二氧化锡为例，在放电过程中首先生成锡单质和Li2O，然后锡单质和Li+反应生成Li4.4Sn化合物，当嵌入4.4molLi+后其理论容量可以计算出为：
但是此机制下材料在充放电过程中体积膨胀比较大，且>300%，材料在最初的循环过程就发生粉化，从铜箔上脱落，溶解在电解液中，使材料容量衰减。解决这种体积效应，较成熟的方式是将此类材料纳米中空化，中空结构比表面积大，而且中空结构能够缓冲充放电过程带来的体积膨胀，有效提升材料的储存锂性能。郑春龙[5]等人再没有使用添加剂的辅助状况下利
用简单水热提纯SnO2纳米颗粒，获得优异的电化学性能。