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理想的鋰離子電池負(fù)極材料應(yīng)該能夠容納大量的Li＋，具有較高的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率，以及良好的穩(wěn)定性等?，F(xiàn)有的負(fù)極材料難以同時(shí)滿足上述要求，存在著初次充放電效率低、大電流充放電性能差等缺點(diǎn)。因此，研發(fā)電化學(xué)性能更好的新型負(fù)極材料，以及對(duì)已有材料進(jìn)行改性一直是鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前研究的負(fù)極材料主要可分為以下3種：嵌入型負(fù)極材料、合金化型負(fù)極材料和轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料。

嵌入型負(fù)極材料：

典型的嵌入型負(fù)極材料是碳材料。根據(jù)材料石墨化程度的差別，碳材料通?？梢苑譃檐浱?、硬碳和石墨。常見的軟碳材料有石油焦、針狀焦、碳纖維及碳微球；硬碳在2500℃以上也難以石墨化。石墨放電容量為3500mA·h/g，具有層狀結(jié)構(gòu)，同一層的碳原子呈正六邊形排列，層與層之間靠范德華力結(jié)合。石墨層間可嵌入鋰離子形成鋰－石墨層間化合物（Li-GIC）。石墨類材料導(dǎo)電性好，結(jié)晶度高，有穩(wěn)定的充放電平臺(tái)，是目前商業(yè)化程度非常高的鋰離子電池負(fù)極材料。除了石墨，其他的碳類材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制也是如此。需要指出的是，硬碳材料具有比石墨更高的放電容量，這是因?yàn)椋司哂信c石墨相同的嵌入機(jī)制，硬碳結(jié)構(gòu)上還存在一些微孔或缺陷可供Li+ 儲(chǔ)存和嵌脫。然而，由于循環(huán)效率偏低、電壓隨容量的變化大、缺少平穩(wěn)的放電平臺(tái)，硬碳作為負(fù)極材料，應(yīng)用一直受限制。

合金化型負(fù)極材料：

合金化儲(chǔ)鋰材料是指能和鋰發(fā)生合金化反應(yīng)的金屬及其合金、中間相化合物及復(fù)合物。據(jù)報(bào)道，常溫下鋰能與許多金屬反應(yīng)（如Ｓｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ等），其充放電的機(jī)理本質(zhì)為合金化及逆合金化的反應(yīng)。通常來說，合金化型負(fù)極材料的理論比容量及電荷密度均遠(yuǎn)高于嵌入型負(fù)極材料。同時(shí)，這類材料的嵌鋰電位較高，在大電流充放電的情況下也很難發(fā)生鋰的沉積，不會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶導(dǎo)致電池短路，對(duì)高功率器件有很重要的意義。

轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料：

目前已報(bào)道的轉(zhuǎn)化類負(fù)極材料有數(shù)十種之多，主要指過渡金屬元素如Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｒｕ的氧化物、硫化物、氮化物、磷化物及氟化物。以前這類材料并不被看好，這類材料的空間結(jié)構(gòu)中沒有供鋰離子嵌入和脫出的位置，不符合傳統(tǒng)的鋰離子嵌脫機(jī)制，且在室溫下與鋰的反應(yīng)曾被認(rèn)為是不可逆的。直至幾種過渡金屬氧化物被發(fā)現(xiàn)具有很高的可逆放電容量（3倍于石墨），此材料才逐漸引起研究者們的關(guān)注。

不同于以上３類負(fù)極材料，尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２也受到越來越多的關(guān)注。Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２的工作電壓為1.5V，相對(duì)于一般負(fù)極材料偏高，在此電壓下，電解質(zhì)不會(huì)分解，因此以鈦酸鋰作為電池的負(fù)極材料，在循環(huán)過程中材料表面不會(huì)形成SEI膜，初次充放電效率高。此外，在鋰離子嵌入和脫出的前后，鈦酸鋰類材料幾乎不會(huì)發(fā)生體積變化，是一種“零應(yīng)變材料”，具有突出的穩(wěn)定性，成為下一代儲(chǔ)能電站用鋰離子電池的熱門候選材料。