隨著現(xiàn)代化社會(huì)以及現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)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(huì)面臨著枯竭的風(fēng)險(xiǎn)。在這樣的形勢(shì)之下，由于鋰電池?fù)碛兄踩阅芎?、高電壓、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及高容量的特點(diǎn)，因此，應(yīng)用鋰電池不僅可以讓能源危機(jī)得到緩解，而且還能使環(huán)境污染的壓力得到減輕。由正負(fù)極以及電解質(zhì)這三部分就組成了鋰電池。因此，在鋰離子二次電池當(dāng)中的負(fù)極材料首先能夠得到人類應(yīng)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(shì)下，自然而然的就誕生了鋰電池負(fù)極材料中的碳材料。
  1 鋰電池中的負(fù)極材料
  1.1 鋰電池中的碳材料
  應(yīng)用在鋰電池中碳材料的負(fù)極材料主要包括了以下三種：即石墨材料、無(wú)定型碳材料以及碳納米管材料。在這些鋰電池碳負(fù)極材料當(dāng)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(wú)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(jù)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(gè)世紀(jì)50年代的中期就開(kāi)始了。在石墨化碳材料中插入鋰元素這一過(guò)程在首次循環(huán)的時(shí)候，因?yàn)樵诠腆w形勢(shì)下的電解質(zhì)界面膜或者是界面上的保護(hù)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(huán)過(guò)程當(dāng)中，這兩者基本上是相等的。在所有商品化的碳材料當(dāng)中，最有實(shí)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(dāng)中循環(huán)的時(shí)候，會(huì)發(fā)生分解的現(xiàn)象。這種時(shí)候，就可以通過(guò)元素（比如S元素、B元素、F元素）之間的摻雜來(lái)處理，或者也可以采取與金屬?gòu)?fù)合的方式。因?yàn)樵谔疾牧现胁迦脘囋氐陌踩阅鼙容^好，電極電位會(huì)比較低，并且循環(huán)的效率比較高，所以在電池商業(yè)的應(yīng)用當(dāng)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(fèi)（比如Ca金屬、Mg金屬、Sn金屬、Al金屬等）在室內(nèi)溫度的環(huán)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(yīng)的，所以，從理論上來(lái)說(shuō)，能夠與鋰元素形成合金的過(guò)渡金屬，都可以當(dāng)作鋰電池當(dāng)中的負(fù)極材料。但是，因?yàn)殇囋嘏c這些金屬在形成合金的這一過(guò)程當(dāng)中，這些金屬的體積會(huì)發(fā)生比較大的變化，使得鋰元素在充電或者是放點(diǎn)的過(guò)程中出現(xiàn)反復(fù)脫嵌的現(xiàn)象，最終會(huì)降低材料的機(jī)械強(qiáng)度，使得鋰元素的循環(huán)性能降低。因此，在鋰電池負(fù)極材料領(lǐng)域的研究中，引起人類廣泛關(guān)注的就是活性復(fù)合合金體系的研究以及非活性復(fù)合合金體系的研究。這些復(fù)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(fù)合物、Sb基復(fù)合物當(dāng)中。
  1.3 鋰電池中的鈦氧化物
  在目前人類研究鋰電池負(fù)極材料中的鈦氧化物當(dāng)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(jié)構(gòu)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(fù)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(dāng)中，鋰電池負(fù)極材料的研究領(lǐng)域中被人類研究較為頻繁的就是尖晶石的復(fù)合型氧化物。尖晶石的復(fù)合型氧化物是由低電位過(guò)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(fù)合型氧化物是一種有著缺陷的尖晶石結(jié)構(gòu)。這種存在缺陷的尖晶石結(jié)構(gòu)是一種不導(dǎo)電的白顏色晶體，表面的結(jié)構(gòu)是立方體的，屬于典型的AB2X4系列，因?yàn)閾碛兄囯x子身上的三維擴(kuò)散通道，所以這種尖晶石復(fù)合型氧化物可以在空氣當(dāng)中穩(wěn)定的存在。在鋰離子嵌入-脫嵌的這一整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，尖晶石復(fù)合型氧化物材料中的晶體結(jié)構(gòu)，可以讓穩(wěn)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(jié)構(gòu)，并且尖晶石規(guī)格的常數(shù)不會(huì)有很大的變化，尖晶石的體積變化也不會(huì)很大，一般情況下，尖晶石的體積變化都是在小于1%以內(nèi)的，所以尖晶石復(fù)合型氧化物也被稱作為“零應(yīng)變”的電極材料，因此，尖晶石復(fù)合型氧化物的研究?jī)r(jià)值是非常廣泛的。
  2 展望
  從人類對(duì)鋰電池應(yīng)用的短期間來(lái)看，鋰電池仍然將會(huì)是人類應(yīng)用最為廣泛的便攜式二次電池。因此，鋰電池在人類應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展形勢(shì)之下，人類對(duì)鋰電池的材料以及鋰電池的制備方面，提出的要求將會(huì)越來(lái)越高。因此，對(duì)鋰電池中的負(fù)極材料來(lái)說(shuō)，處于商品化的石墨類碳材料存在著可燃性差、存儲(chǔ)鋰能量的容量較低等問(wèn)題。因此，在這樣的環(huán)境下，能夠開(kāi)發(fā)出性能更加優(yōu)秀的非碳負(fù)極材料，才是鋰電池課題研究中的重點(diǎn)話題之一。尖晶石材料中的晶體結(jié)構(gòu)，可以讓穩(wěn)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(jié)構(gòu)，并且尖晶石規(guī)格的常數(shù)不會(huì)有很大的變化，尖晶石的體積變化也不會(huì)很大，因此，尖晶石的研究?jī)r(jià)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(dǎo)電聚合物中，或者是引入到導(dǎo)電無(wú)機(jī)粒子所形成的復(fù)合材料中，不僅可以將材料中的導(dǎo)電率同步提升、還可以讓材料中的存儲(chǔ)鋰容量以及循環(huán)穩(wěn)定性能得到同步提升。因此，人類應(yīng)用在大規(guī)模生產(chǎn)的廉價(jià)制備的負(fù)極材料以及復(fù)合技術(shù)是鋰電池負(fù)極材料研究領(lǐng)域當(dāng)中的重點(diǎn)。