全固态锂离子电池三大类负极材料一览

锂是全固态电池最重要的负极材料之一，具有容量高(理论容量高达3860mAh/g)和电位低的优点，是负极材料的最终形态。但锂在循环过程会产生锂枝晶，将有短路等安全隐患；化学稳定性差，易与空气中的氧和水分等发生反应，给锂金属的产业化应用造成了诸多困难。

加入其它金属与锂组成合金是解决上述问题的主要方法之一，这些合金材料一般都具有高的理论容量，并且金属锂的活性因其它金属的加入而降低，可以有效控制锂枝晶的生成和电化学副反应的发生，从而促进了界面稳定性。

然而，锂合金负极存在着一些明显的缺陷，主要是在循环过程中电极体积变化大，严重时会导致电极粉化失效，循环性能大幅下降，同时，由于锂仍然是电极活性物质，所以相应的安全隐患仍存在。目前，可以改善这些问题的方法主要包括合成新型合金材料、制备超细纳米合金和复合合金体系（如活性/非活性、活性/活性、碳基复合以及多孔结构）等。

碳族负极材料

碳族的碳基、硅基和锡基材料是全固态电池另一类重要的负极材料。碳基以石墨类材料为典型代表，石墨碳具有适合于锂离子嵌入和脱出的层状结构，具有良好的电压平台，充放电效率在90%以上，然而理论容量较低（仅为372mA·h/g）是这类材料最大的不足，并且目前实际应用已经基本达到理论极限，无法满足高能量密度的需求。

穿孔石墨烯分子（CNAP）负极嵌/脱锂示意图

氧化物负极材料

氧化物负极材料主要包括金属氧化物、金属基复合氧化物和其它氧化物。典型的氧化物负极材料有：TiO₂、MoO₂、In₂O₃、Al₂O₃、Cu₂O、VO₂、SnO_x、SiO_x、Ga₂O₃、Sb₂O₅、Bi₂O₅等，这些氧化物均具有较高理论比容量，然而在从氧化物中置换金属单质的过程中，大量的Li被消耗，造成巨大的容量损失，并且循环过程中伴随着巨大的体积变化，造成电池的失效。通过与碳基材料的复合可以改善这一问题。

三类负极材料主要体系及性能