新能源材料概念实例分析材料.docx

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新能源材料概念实例分析材料

新能源材料

Chapter1绪论

一、能源分类

能源能够分为一次能源和二次能源。

一次能源是指直接取自自然界没有通过加工转换的各类能量和资源，它包括：

原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。

由一次能源通过加工转换以后取得的能源产品，称为二次能源，例如：

电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。

一次能源能够进一步分为再生能源和非再生能源两大类。

再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等。

它们在自然界能够循环再生。

而非再生能源包括：

的煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。

表1能源的分类

项目

可再生能源

不可再生能源

一次能源

常规能源

商品能源

水力（大型）

核能

地热

生物质能（薪材秸秆、粪便等）

太阳能（自然干燥等）

化石燃料（煤、油、天然气等）

核能

传统能源

（非商品能源）

水力（水车等）

风力（风车、风帆等）

畜力

非常规能源

新能源

生物质能（燃料作物制沼气、酒精等）

太阳能（收集器、光电池等）

水力（小水电）

风力（风力机等

海洋能

地热

二次能源

电力，煤炭，沼气，汽油、柴油、煤油、重油等油制品，

蒸汽，热水，压缩空气，氢能等

二、新能源概念

新能源是相关于常规能源而言，以采纳新技术和新材料而取得的，在新技术基础上系统地开发利用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能等。

与常规能源相较，新能源生产规模较小，利用范围较窄。

常规能源与新能源的划分是相对的。

如核能曾被以为是新能源，此刻已被以为是常规能源；太阳能和风能被利用的历史比核能要早许多世纪，由于还需要通过系统研究和开发才能提高利用效率、扩大利用范围，因此此刻把它们列入新能源。

目前各国对这种能源的称呼有所不同，可是一起的熟悉是，除常规的化石能源和核能之外，其他能源都可称为新能源或可再生能源，要紧为太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和水能。

三、新能源材料基础

能源材料是材料学科的一个重要研究方向，有的学者将能源材料划分为新能源技术材料、能量转换与储能材料和节能材料等。

综合国内外的一些观点，咱们以为新能源材料是指实现新能源的转化和利用和进展新能源技术中所要用到的关键材料，是进展新能源技术的核心和其应用的基础。

从材料学的本质和能源进展的观点看，能贮存和有效利用现有传统能源的新型材料也能够归属为新能源材料。

新能源材料覆盖了镍氢电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、反映堆核能材料、进展生物质能所需的重点材料、新型相谈储能和节能材料等。

四、新能源材料应用现状

新能源材料的应用现状能够归纳为以下几个方面：

1）锂离子电池及其关键材料

锂离子电池及其关键材料的研究是新能源材料技术方面冲破点最多的领域，在产业化工作方面也做得最好。

锂离子电池正极材料研究最多的是具有层状结构的LiCoO二、LiNiO2和尖晶石结构的LiMn2O4及它们的搀杂化合物。

锂离子电池负极材料方面，商用锂离子电池负极碳材料以中间相碳微球（MCMB）和石墨材料为代表。

当前国内锂离子电池关键材料已经大体配套，为我国锂离子电池产业的更大进展制造了有利条件。

2）镍氢电池及其关键材料

镍氢电池是最近几年来开发的一种新型电池，与经常使用的镍镉电池相较，容量能够提高一倍，没有经历效应。

其核心是储氢合金材料，目前要紧利用的是RE（LaNi5）系、Mg系和Ti系储氢材料。

各发达国家多数将大型镍氢电池列入电动汽车的开发打算，镍氢动力电池正朝着方形密封、大容量、高比能的方向进展。

3）燃料电池材料

燃料电池能够应用于工业及生活的方方面面，如利用燃料电池作为电动汽车电源一直是人类汽车进展目标之一。

在材料及部件方面，要紧进行了电解质材料合成及薄膜化、电极材料合成与电极制备、密封材料及相关测试表征技术的研究。

采纳湿化学法工艺，可在YSZ+NiO阳极基底上制备厚度仅为50μm的致密YSZ薄膜，800℃用氢作燃料时单电池的输出功率密谋达到cm2以上。

（YSZ为氧化钇搀杂/稳固的氧化锆）

4）太阳能电池材料

太阳能在新能源领域牌龙头地位，美国、德国、日本等发达国家都将太阳能光电技术放在新能源的首位。

活着界太阳能电池市场上，目前仍以晶体硅电池为主。

美国、日本、欧洲等国家的单晶硅电池的转换效率达到0%以上，多晶硅电池在实验室中转换效率也达到了17%，砷化镓（GaAs）太阳能电池的转换效率目前已经达到20-28%，采纳多层结构还能够进一步提高转换效率。

5）进展核能的关键材料

美国核电约占总发电量的20%，法国、日本别离占77%和%。

目前中国核电工业由原先的适度进展进入到加速进展的时期，核发电量创历史最高水平，到期020年核电容量将占全数总装机容量的4%。

进展核能的关键材料包括：

先进核有能力材料、先进的核燃料、高性能燃料元件、新型核反映法堆材料、铀浓缩材料等。

6）其他新能源材料

我国风能资源较为丰硕，但与世界先进国家相较，我国风能利用技术和进展差距较大，最要紧的问题是尚不能制造大功率风电机组的复合材料叶片材料。

电容器材料和转换材料一直是传统能源材料的研究范围，此刻随着新材料技术的进展和新能源涵义的拓展，一些新的热电转换材料也能够看成新能源材料来研究。

节能储能材料的技术进展也使得相关的关键材料研究迅速进展，一些新型的利用传统能源和新能源储能材料也成了人们关注的对象。

利用相变材料（PCM，PhaseChangeMaterials）的相变潜热来实现能量的贮存和利用，提高能效和开发可再生能源，是最近几年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

进展具有产业化前景的超导电费技术是国家新材料领域材料与技术专项的重点课题之一。

Chapter2新型储能材料

一、储能、储能技术与应用

储能又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件下比较稳固的存在形态的进程。

它包括自然的和人为的两类：

自然的储能，如植物通过光合作用，把太阳辐射能转化为化学能贮存起来；人为的储能，如机械钟表的发条，把机械功转化为势能贮存起来。

依照贮存状态下能量的形态可分为机械、化学、电磁储能（或蓄电）、风能贮存、水能贮存等。

和热有关的能量贮存，不管是把传递的热量贮存起来，还是以物体内部能量的方式贮存能量，都称为蓄热。

在能源的开发、转换、运输和利用进程中，能量的供给和需求之间，往往存在着数量上、形态上和时刻上的不同。

为了弥补这些不同、有效地利用能源，常以贮存和释放能量的人为进程或技术手腕，称为储能技术。

技术有如下作用：

1）避免能量品质的自动恶化；2）改善能源转换进程的性能；3）方便经济地利用能量；4）降低污染、爱惜环境。

表2列举了能源类型、利用形式和储能的关系。

在实际应用中涉及的储能问题主若是机械能、电能和热能的贮存。

储能系统本身并非节约能源，它的引入要紧在于能够提高能源利用体系的效率，增进新能源如太阳能和风能的进展。

能量的形态类别及其贮存和输送方式如表3所列。

表2能源类型、利用形式和储能的关系

能源

能源转换方式

能源的使用形式

转换方式

储能

传统化石能

核能

可再生能源（如生物质能、风能、太阳能和水能）

直接产生

电力

热能

冷能

动能

压缩气体

储存和回收

电池

飞轮

可逆燃料电池

压缩空气

热能

扬水

表3能量的形态类别及其贮存和输送方式

能量的形态

储存法

输送法

机械能

动能

位能

弹性能

压力能

飞轮

扬水

弹簧

压缩空气

高压管道

热能

显热

潜热（熔化、蒸发）

显热储热

潜热

热介质输送管道

热管

化学能

电化学能

化学能、物理化学能（溶液、稀释、混合、吸收等）

化学热管、管道、罐车、汽车等

电能

电能

磁能

电磁波（微波）

电容器

超导线圈

输电线

微波输电

辐射能

太阳光、激光束

光纤维

原子能

轴、钚等

二、储热技术基础

热能尽管是一种低质量的能源，但从它在所利用的全数能源中占60%这一点来看，储热的意义是很重大的。

假设在低温T1下为相的单位质量的储能物质经回执到高温T2时变成相。

如设c、c别离为、相的比热容，Ht为相变潜热，T2为相变的温度，T为温度，那么相谈进程中贮存起来的热能Q可由以下公式求得，质量为m的物质，其储能量那么为Q的m倍。

理想的储能材料应具有以下特性；价钱廉价；储能密度大；资源丰硕，能够大量取得；无毒，危险小；侵蚀性小；化学性能稳固。

若是温度T2>T1时，设T1为基准温度（常温），那么为储热；如设T2为基准温度，那么为储冷。

与Ht无关的储热，特称为显热储热。

采纳水和碎石储热材料的太阳能衡宇是显热利用系统的一个具体例子。

除此之外的，称为潜热储热。

所谓潜热一样是在物质相变时才有，例如冰融化时的熔解热品级。

利用蓄热材料发生相变而储热的优势有：

储能密度高，装置体积小，热损失小；进程等温或近似等温，易与运行系统匹配。

这种相变一样有以下4种情形固体物质的晶体结构发生转变；固液相间的相变；液、气相的相变即气化、冷凝；固相直接变成气相即升华。

三、相变储能材料基础

相变储能材料储能的本质体此刻不同相时其具有的焓是不同的。

热力学中相变热是相变进程中末态与初态的焓差H，称为相变焓，能够表示为：

相变材料的相变确实是一个结晶和熔化进程。

相变储能材料的种类很多，依照相变材料的化学组分可分成有机和无机两大类；依照相变进程的形态不同，又可分成固气、液气、固液、固固4各相变形态。

由于固气和液气相变的体积转变太大，利历时要有很多的装置，尽管潜热专门大，但仍是限制了它们的用途。

而固固相变其潜能贮存不高，可合用的体系也较少。

只在固液相变时，其相变时体积转变较小、贮存潜热高和相变温度恒定。

依照温度的高低又可分成高温、常温和低温，高温材料通常在200-1000范围，主若是一些无机盐类。

四、新型相变储能材料及应用

关于储热材料来讲，相变储能材料有着更多的优势。

目前在很多发达国家的建筑中都或多或少地利用了各类相变储能材料用来节约能源的利用，而我国在这方面仍是有必然的差距，因此戌优良的相变储能材料，专门是建筑用相变储能材料，对我国能源问题的改观和社会的可持续进展，都将提供良好的支持。

最近几年来，复合相变储热材料应运而生一，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的传热性能差和不稳固的缺点，又能够改善相变材料的应用成效和拓展其应用范围。

因此，研制复合相谈储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。

复合相谈储热材料的制备方式要紧有：

1）胶囊化技术；2）利用毛细管作用将相谈材料吸附到多孔基质中；3）与高分子材料复合制备PCM；4）无机/有机纳米复合PCM的湿化学法。

1、利用硬脂酸系作为相变材料制备储能材料

利用硬脂酸作为相变材料，其参数相当理想，第一其相变温度接近于日常的温度；第二硬脂酸的相变焓大，也确实是说硬脂酸的储热能力超级好。

另外，硬脂酸的市场价钱也是相当低廉的，这让咱们关于硬脂酸的大规模应用有着超级踊跃的期待。

尽管也有很多其他脂酸系的材料被研究过，但基于本钱和性能等的综合考虑，硬脂酸仍然必将是最正确的相变材料之一。

由于硬脂酸本身强度低、易烯而且热导率你，因此硬脂酸不能单独被利用来制备材料，于是把硬脂酸作为相变储能材料附着在其他材料上的技术就应运而生。

为了克服硬脂酸的上述问题，一样选取的基体材料为二氧化硅和二氧化锆。

由于二氧化硅的间隙率高，而且硅酸四丁酯本钱上升低，易于进行溶胶凝胶操纵。

采纳溶胶凝胶法制备的氧化硅-硬脂酸相变储能复合材料具有两个优势：

1）维持硬脂酸较高的相变焓；2）二氧化硅颗粒容易细化，容易被表面改性，与硬脂酸兼容性良好，可不能阻碍硬脂酸本身的物理化学性质。

但采纳该方式也存在一些缺点：

1）利用溶胶凝胶法制备的氧化硅中含有大量的结构水，而且由于硬脂酸的存在，无法对氧化硅进行焙烧以排出结构水。

如此当温度稍高或在比较高的温度下时刻的时候，氧化硅会慢慢失去结构水，从而造成整个材料的坍塌。

2）由于实验采纳的是溶胶凝胶法，该方式只适合小规模的高精度生产，却始终无法解决大规模化生产的需要。

2、氧化锆-硬脂酸系纳米复合相变储能材料的研究

Zr02系材料在特殊工作环境中的性质及用途，纳米ZrO2纳米颗粒表面容易被改性，理论上能够吸附足够硬脂酸，而且能够提高整个热量在硬脂酸中的传导效率。

1）材料的制备：

通过煅烧制备出纳米无机ZrO2，将纳米颗粒进行表面处置后

通过3种方式制备ZrO2-硬脂酸系纳米复合相变储能材料：

1）在水浴方式下将熔融的硬脂酸加入到无机盐中；2）在乳浊液状态下搅拌促使无机纳米颗粒对硬脂酸进行吸附；3）在喷雾状态下混合有机无机颗粒。

然后采纳静压制备块体材料，封锁成能应用的相变储能材料模型，分析测试春可能的储能性质。

实验采纳直接混合法制备氧化锆-硬脂酸系相变储能材料，为了使氧化锆尽可能吸附多的硬脂酸，实验对部份氧化锆采纳预处置工艺，其方式为：

向氧化锆中加入少量硬脂酸，并在四氯化碳、无水乙醇和氯仿的混合溶液中以50恒温加热并搅拌3h。

由于硬脂酸在80以上会熔化并挥发，因此所有样品均为自然干燥。

2）储能性能

在制备进程中利用不同的分散剂，对复合材料微观的表面形貌有着相当大的阻碍，而对热性能的阻碍相对较小。

对氧化锆进行表面改性，对材料的热性能和微观结构也有必然的阻碍。

以氯仿作为分散剂制备的样品具有最正确的热性能和微观表面结构。

可是由于氧化锆的本钱比较高，以后大规模应用到建筑等方面有专门大的阻碍，探讨廉价的无机材料代替氧化锆成了新的研究方向，此刻正在开展以超细硅藻土代替纳米氧化锆来制备PCM。

Chapter3锂离子电池材料

一、锂离子电池材料基础与应用

1．进展历史

1970年代埃克森的采纳硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。

1982年伊利诺伊理工大学（theIllinoisInstituteofTechnology）的和发觉锂离子具有嵌入的特性，此进程是快速的，而且可逆。

由于采纳金属锂制成的锂电池的平安隐患备受关注，因这人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池，首个可用的锂离子石墨由贝尔实验室试制成功。

1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池，它以锂离子在碳材料中的嵌入、脱嵌反映代替了金属锂的溶解、沉积反映，幸免了电极表层上形成枝晶的问题，从而使锂离子电池的平安性和循环寿命远远高于锂蓄电池，实现了锂离子电池的商业化生产。

随后，锂离子电池革新了的面貌。

此类以钴酸锂作为正极材料的电池，至今仍是便携电子器件的要紧电源。

2．优缺点

锂离子电池优势：

1）高能量密度，是镍镉电池的三倍，是镍氢电池的两倍；2）电压平台高，约为，而镍基电池为；3）低保护性，没有经历效应，无需按期放电；4）低自放电率；5）环保，无重金属。

锂离子电池缺点：

1）平安性能问题，因为存在过充过放损害电池的因素，故需要复杂的爱惜线路；2）放电倍率低，约为1C-2C；3）易于老化，存储的锂离子电池照样会显现容量衰竭；4）价钱昂贵。

3．锂电池要紧种类

1）锂－二氧化锰电池（Li—MnO2）

锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极（负极）、以二氧化锰为阴极（正极），并采纳有机电解液的一次性电池。

该电池的要紧特点是电池电压高，额定电压为3V（是一样的2倍）；终止放电电压为2V；比能量大（金属锂的理论克容量为3074mAh）；放电电压稳固靠得住；有较好的贮存性能（贮存时刻3年以上）、自放电率低（年自放电率≤10%）；工作温度范围－20℃～+60℃。

该电池能够做成不同的外形以知足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形（扣式）。

一样在台式电脑的上，有一个扣式的锂电池，提供微弱的电流，能够正常利用3年左右，一些宾馆的门禁卡、仪器仪表等也利用锂--二氧化锰电池，最近几年来利用量逐年下降。

2）锂—亚硫酰氯电池（Li--SOCl?

）

该类电池是目前单位体积（质量）容量最高的电池，放电电压专门平稳。

一样用于不能常常保护的电子设备、仪器上，提供细微的电流，应用领域很窄。

3）锂离子电池（Li--ion）

锂离子电池是以2种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物别离作为电池的正极和负极的2次电池体系。

充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质后插入到负极材料的晶格中，使得负极富锂，正极贫锂；放电时锂离子从负极材料的晶格中脱出，通过电解质后插入到正极材料的晶格中，使得正极富锂，负极贫锂。

可充电锂离子电池是目前电话、笔记本电脑等现代中应用最普遍的电池。

该电池以钴酸锂类型材料作为正极，不适合用作大电流放电，过大电流放电时会降低放电时刻（内部会产生较高的温度而损耗能量），并可能发生危险；但此刻研发的磷酸铁锂正极材料锂电池，能够以20C乃至更大（C是电池的容量，如C=800mAh，1C充电率即充电电流为800mA）的大电流进行充放电，专门适合利用。

4．锂离子电池的结构与组成部份

1）圆柱型锂离子电池结构

此结构一样为液态锂离子电池所采纳，也是最古老的结构之一，偶然在较早的电话上还能找到它的影子，目前大多数用在笔记本电脑的电池组里面.。

2）方形锂离子电池结构

现今最普遍的液态锂离子电池形态,普遍的应用在各个移动电子设备的电池组里面,专门是电话电池.图右面的是sanyo生产的UP383450,即*34mm*50mm,目前的标称容量已经达到650mAh.明年可达680~700mAh。

3）纽扣型锂离子电池结构

此种可充电的锂离子电池不常见,容量不大在几个到几十mAh之间,应用领域也不普遍.类似的产品都是采纳一次性的锂电池或黄金电容.国内武汉力兴曾有类似产品,只见其介绍,不知性能如何?

4）聚合物锂离子电池结构

这确实是聚合物锂离子电池的典型结构，图中的结构称为卷绕式，也有层叠式的，其外面包裹上一层复合铝箔后大体形状就象右面的图片。

（注右面的聚合物锂离子典型为sony生产的UP293559，即厚度为，长宽为35mm*59mm，不算两个极耳的尺寸）

5）组成部份

钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列：

（1）——活性物质一样为锰酸锂或钴酸锂，此刻又显现了镍钴锰酸锂材料，电动自行车那么普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和那么由于体积大、性能不行或本钱高而慢慢淡出。

导电集流体利用厚度10--20微米的电解铝箔。

（2）——一种特殊的复合膜，能够让离子通过，但却是电子的绝缘体。

（3）——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体利用厚度7-15微米的电解铜箔。

（4）有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的那么利用状电解液。

（5）电池外壳——分为钢壳（此刻方型很少利用）、铝壳、镀镍铁壳（利用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

二、正极材料

作为锂二次正极材料的氧化物，常见的有氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂和钒的氧化物。

其它正极材料如铁的氧化物和其他金属的氧化物等亦作为正极材料进行了研究。

最近人们对5V正极材料和多阴离子正极材料表现也了浓厚的爱好。

下面对这些材料进行举例说明。

1．氧化钴锂

经常使用的氧化钴锂为层状结构，其结构比较稳固，研究比较多。

在理想层状LiCoO2结构中，Li+和Co3+各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置，在充电和放电进程中，锂离子能够从所在的平面发生可逆脱嵌/嵌入反映。

层状氧化钴锂的制备方式一样为固相反映，以锂盐和钴的氧化物混合，在高温下离子和原子发生迁移等制备而成。

为了克服固相反映的缺点，采纳溶胶-凝胶法、喷雾分解法、沉降法、冷冻干燥旋转蒸发法、超临界干燥和喷雾干燥法等方式，这些方式的优势是Li+、Co3+间的接触充分，大体上实现了原子级水平的反映。

为保证反映主物均匀和产品质量的稳固，亦能够采纳其他加热方式，如微波、红外、射频磁旋喷射法等加热方式。

层状LiCoO2的循环性能比较理想，可是仍会发生衰减。

LiCoO2在之间循环时受到不同程度的破坏，致使严峻的应变、缺点密度增加和粒子发生偶然破坏；产生的应变致使两种类型的阳离子无序，因此关于长寿命需求的电池而言还有待于进一步提高循环性能。

2．氧化镍锂

氧化镍锂与氧化钴锂一样为层状结构。

尽管LiNiO2比LiCoO2廉价，容量可达130mAh/g以上，可是一样情形下，镍较难氧化为+4价，易生成缺锂的氧化镍锂；另外热处置温度不能太高，不然生成的氧化镍锂会发生分解，因此事实上很难批量制备理想的LiNiO2层状结构。

3．氧化锰锂

锂-锰-氧体系有三种结构：

隧道结构、层状结构和尖晶石结构。

隧道结构的氧化物主若是MnO2及其衍生物，要紧用3V一次锂电池（锂原电池）

层状结构的氧化锰锂随合成方式和的不同，结构存在不同。

尖晶石结构的锂-锰-氧化物能够发生锂脱嵌，也能够发生锂嵌入，使正极容量增加；同时能够搀杂阴离子、阳离子及改变搀杂离子的种类和数量而改变电压、容量和循环性能，再加上锰比较廉价，Li-Mn-O尖晶石结构的氧化电位高（对金属锂而言为3-4V），因此它备受青睐。

4．Li-V-O化合物

三、负极材料

作为锂二次电池的负极材料，第一是金属锂，随后是合金。

自锂离子电池诞生以来，研究的有关负极材料要紧有以下几种：

石墨化碳材料、无定形碳材料、氮肥化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其他民，其中石墨化碳材料是现今商品化二次电池中的主流。

1．碳材料

锂离子电池中碳材料要紧有：

石墨化碳和无定形碳。

第一报导将石墨碳用于锂离子电池是1989年，那时索尼公司以呋喃树脂为原料，进行热处置，作为商品化锂离子电池的负极。

天然石墨中锂的可逆插入容量理论水平达g，电位大体上与金属锂接近。

但它的要紧缺点在于石墨片面易发生剥离，因此循环性能不是很理想，通过改性，能够有效避免。

无定形碳材料的研究源于石墨化碳需要进行高温处置。

同时石墨化碳的理论容量

g比起金属锂（g）而言要小很多。

因此从20世纪90年代起，备受关注。

它的主特点是制备温度低，一样在500-1200℃。

由于热处置温度低，石墨化进程进行得很不完全，所得碳材料要紧由石墨微晶和无定形区组成，因此称为无定形碳材料。

无定形碳材料的可逆容量可高达900g以上，但循环性能均不不睬想，可逆储锂容量一样随循环的进行衰减得比较快；另外电压存在滞后现象，锂插入时主若是在以下进行，而在脱出时那么有相当大的一部份在以上。

关于碳材料的改性，要紧有以下几个方面：

非金属的引入、金属的引入、表面处置和其他方式。

引入非金属方面：

1）以原子或化合物形式引入硼；2）引入氮元素；3）还能够引入硅、硅与碳的复合物、磷、氧和氟等。

引入金属元素方面：

有主族的钾、镁、铝、镓；有过渡元素的钒、镍、钴、铜、铁等。

2．其它负极材料

氮化物：

由于Li3N具有高的离子导电性，即锂离子容易发生迁移。

将它与Co、Ni、Cu等发生作用后取得氮化物Li3-xMxN。

在所得氮化物中，以Li3-xCuxN的性能最正确，可逆容量650g；第二为Li3-xCoxN，可逆容量达560g。

尽管该类氮化物在未超过时，循环性能比较好，但平均放电电压比石墨要高，且合成条件苛刻，需要在高压下加热，因此从有效的角度而言并非睬想。

硅及硅化物：

硅有晶体和无定形两种形式。

作为锂离子电池负极材料，以无定形硅的性能较佳。

硅与锂的化合物可达Li5Si的水平，可逆容量可高达800g以上，乃至可高达1000g以上。

硅可与非金属或金属形成倾倒物，致使新的硅化物产生，其可逆容量可提高