论比容量相对较高（

170mAh/g），能产生 3.4V 的电压，在全充电状态下具有良好的热稳

定性、较小的吸湿性和优良的充放电性能，因而

LiFePO4 被认为是锂离子动力电池发展的

理想正极材料。
　　

3 负极材料

　　锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱
出。从锂离子电池的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起着决定作用。正是由
于碳材料的出现解决了金属锂电极的安全问题，从而直接促进了锂离子电池的应用。已经产
业化的锂离子电池的负极材料主要是各种碳材料，包括石墨化材料和无定形碳材料，如天
然石墨、改性石墨、石墨化中间相碳微珠、软碳和一些硬碳等，其他非碳负极材料有氮化物、
硅基材料、锡基材料、合金材料等。纳米尺度的材料由于其特有的性能，也在负极材料的研究
中广为关注；而负极材料的薄膜化是高性能负极和近年来微电子工业发展对化学电源特别
是锂二次电池的要求。
　　

3.1 锂合金

　　人们最早研究的锂二次电池的负极材料是金属锂，这是因为锂具有最负的电极和最高
的质量比容量。很多元素如

Si、Sn、Gn、Bi、AI、Ga、Sb、In 和 B 等都能与锂形成合金。与碳材料

相比，合金类负极材料一般具有较高的比容量，其理论容量可以达到

1000mAh/g 以上。但

是目前所面临的主要问题是锂离子嵌入及脱出时可逆容量的损失，原因在于

Li+的嵌入会

引起明显的体积膨胀，导致在充放电过程中电极材料的分化和接触电阻增大，甚至会失去
可逆储锂作用，因此在锂离子蓄电池中很难实际应用。
　　

3.2 碳材料

　　锂合金的研究并没有直接导致锂离子电池的产生，而非锂合金在锂离子电池出现前后
都一直被研究着，真正促使锂离子电池出现的是碳材料在锂离子电池中的应用。研究得比较
透彻的是石墨类碳材料的嵌锂行为，目前商业化锂离子电池负极材料通常采用的是石墨类
碳材料。但是由于其理论比容量只是

372mAh/g，因此限制了锂离子电池比能量的进一步提

高。为了克服目前碳材料存在的各种问题，改进研究主要在两个方面：一是通过各种物理和
化学手段对碳材料进行改性，提高其电化学性能，目前可逆容量已达到

450mAh/g；同时通

过对天然石墨进行了改性研究以期降低成本，适应商业化需求。另一方面的研究则集中在寻
找可以替代碳材料的新负极材料体系。
　　无定形碳材料是除石墨以外的另一类碳材料。所谓无定形是指材料中没有完整的晶格结
构，类似于玻璃态结构中原子的排列，只有短程序没有长程序。无定形碳材料介于石墨和金
刚之间，按其石墨化难易程度可分为易石墨化碳材料和难石墨化碳材料。这种碳材料的储锂
机理与石墨不同，通常表现出较高的比容量，但电压平台较高，存在电位滞后现象，同时
循环性能不理想，可逆储锂容量一般随循环进行且衰减得比较快。
　　

3.3 非碳材料

　　非碳负极材料包括锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料、过渡金属氧化物和其他一些
新型的合金材料。非碳负极材料的开发主要是基于碳素类材料比容量低，不能满足日益增长
的电池对容量的要求，以及碳素类材料首次充放电效率低，存在着有机溶剂共嵌入等缺点
所以人们在开发碳材料的同时也开展了对高容量非碳负极材料的研发。
　　

3.4 其他负极材料

　　过渡金属氧化物和硫化物、含锂过渡金属氮化物、锡氧化物及锡基氧化物、纳米负极材料、
钛酸锂材料也是近年来研究较多的负极材料，在这些方面的突破性研究将促进锂离子电池
技术的飞跃。
　　

4 电解质和隔膜

　　

4.1 电解质