鋰離子電池能否成功地制成，關鍵在于能否制備出可逆地脫/嵌鋰離子的負極材料。

▼碳負極材料

在實際的應用中，鋰離子電池的碳負極材料基本上是這幾種碳素材料：人工石墨、天然石墨、石油焦以及碳纖維等。

▼錫基負極材料

錫基負極材料一般情況下可以分為兩種，一種是錫的氧化物，而另一種就是錫基復合氧化物了。錫的氧化物一般是指各種價態(tài)的金屬錫的氧化物。

▼含鋰過渡金屬氮化物負極材料

這一種負極材料還處在研究階段，目前還沒有以其作為負極材料的商業(yè)化鋰離子電池產(chǎn)品出現(xiàn)。

▼合金類負極材料

鋰離子電池合金類的負極材料，種類還是有很多的，其中包括有錫基合金、硅基合金、鋁基合金等眾多類型的合金，不過合金類的負極材料也還沒有形成大批量的規(guī)模生產(chǎn)，還在進一步研發(fā)中。

▼納米級負極材料

納米級的負極材料，能將更微小的其它材料添加到以前傳統(tǒng)的負極材料中，以此能極大的提高鋰離子電池的充放電量和充放電次數(shù)。

選擇負極材料的選用原則

高能量比：相關于鋰電極的電極電位要更低；可逆性好：充放電反應的可逆性好；兼容性好：與電解液和粘結(jié)劑的兼容性好；比表面積小：最好是小于10m2/g，真密度高：要大于2.0g/cm3；穩(wěn)定性好：鑲嵌鋰的過程中尺寸和機械穩(wěn)定性能好。

在地球上的資源分布要豐富，這樣才能更降低公司制作鋰離子電池的成本。假如裸露于空氣中，也能確保材料穩(wěn)定、無毒副用途，不會對鋰離子電池的使用者造成威脅。

鋰離子電池重要負極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰離子電池負極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的重要因素之一，鋰離子電池的正極材料、負極材料、電解質(zhì)、隔膜被稱為鋰離子電池的四個最核心材料。下面我們簡單介紹一下各類負極材料的性能指標、優(yōu)缺點及可能的改進方向。

碳納米管

碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。

碳納米管在負極中的另一個應用是與其他負極材料（石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等）復合，利用其獨特的中空結(jié)構(gòu)、高導電性及大比表面積等優(yōu)點作為載體改善其他負極材料的電性能。如郭等采用化學氣相沉積法，在膨脹石墨的孔洞中原位生長碳納米管，合成了膨脹石墨/碳納米管復合材料，其首次可逆容量為443mAh/g，以1C倍率充放電循環(huán)50次后，可逆容量仍可達到259mAh/g。碳納米管的中空結(jié)構(gòu)及膨脹石墨的孔洞，供應了大量的鋰活性位，而且這種結(jié)構(gòu)能緩沖材料在充放電過程中出現(xiàn)的體積效應。

石墨烯

2004年英國Manchester大學研究者首次發(fā)現(xiàn)石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎。石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料，具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導熱系數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關注。

石墨烯直接作為鋰離子電池負極材料時，具有非常可觀的電化學性能。試驗室曾采用水合肼作為還原劑、制備了叢林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和軟碳特性，且在高于0.5V電壓區(qū)間，表現(xiàn)出電容器的特性。

石墨烯負極材料在1C放電倍率下，首次可逆容量為650mAh/g，100次充放電循環(huán)后容量仍可達到460mAh/g。石墨烯還可作為導電劑，與其他負極材料復合，提高負極材料的電化學性能。如Zai等采用超聲分散法制備了Fe3O4/石墨烯復合材料，在200mA/g的電流密度下放電，經(jīng)過50次循環(huán)后，容量為1235mAh/g；在5000和10000mA/g電流密度下放電，經(jīng)過700次循環(huán)后，容量分別能達到450mAh/g和315mAh/g，表現(xiàn)出較高的容量和良好的循環(huán)性能。