正极       负极             总反应                                   

在21世纪初，Tarascon小组发现3d过渡金属氧化物能够作为锂离子电池的负极材料[32]，并且其可逆容量高和倍率性能好，并且在Nature上报道了相关的信息。过渡金属氧化物可以分为两种：一类是过渡金属氧化物为代表的离子型，它们是通过嵌入结构使得结构发生变化，另一类是过渡金属氧化物嵌入结构中，生成Li2O，在充电的时候，锂离子从Li2O 中脱嵌出来，形成金属氧化物[33]。

过渡金属氧化物比其他碳材料有更高的容量，其理论容量在500-1100 mAh，例如Fe2O3的理论比容量达到1005 mAh/g[34]，而Co3O4[35]和CoO[36]分别为890 mAh/g和750 mAh/g。但是这些过渡金属氧化物的电子的扩散系数比较小，使得其会产生较低的导电性能，而电极反应可逆性也会相应降低。比容量随着充放电循环而快速衰减；另外，在反复嵌脱锂之后，过渡金属氧化物的结构发生粉化，结构也会崩裂，活性颗粒与活性颗粒以及集流体之间的接触变得疏松，从而容量也会降低[37]。

现在的科学家做了很多的研究来改善这种状况，包括与碳材料负荷来提高网络之间的导电性，减小尺寸以及制备特殊形貌的材料等等，目前也取得了较好的成果。

1。2。3 锂离子电池的组成论文网

锂离子电池的主要组成是负极、正极、电解液和隔膜。理想的锂离子电池需要同时具有比较高的比容量、较高可逆性的的充放电和比较长久的循环使用寿命[11-18]。锂离子电池是一种可充放电电池，在正负极材料之间嵌入和脱出。它被形象地称为“摇椅电池”。锂离子电池的种类琳琅满目，形状各有风格，有纽扣电池，方型电池等等。正极材料一般是钴酸锂、锰酸锂、磷酸锂等插锂化合物，负极材料是与碳相关的材料。组装电池的隔膜是单层或多层的高分子材料，它一方面能提供锂离子穿梭，另一方面，也能够产生电子绝缘作用[30]。

(1)负极

现在，锂离子电池采用的负极材料一般都是导电性能较好的碳材料，如石墨、软碳、硬碳等。负极材料有硅、氮、过渡金属氧化物相关的化合物[16-20]还处于探索之中。

①石墨

众所周知，石墨具有良好的导电性能，以及结晶度和结构比较优良，非常适合锂离子的嵌入和脱出。不仅如此，石墨与其他正极材料很好地结合以后，充放电电位平台比较稳定，在这个脱锂过程中石墨的体积变化不大，使得其具有良好的循环性能。但是，石墨也存在一些缺陷，对电解液的选择性比较高，充放电能力比较差，尽管如此，石墨仍然是比较好的锂离子负极材料。

②软碳

软碳能在高温下进行无定形的石墨化，软碳在结晶度以及晶粒尺寸方面都比较完全，但是由于其易与电解液相容，无明显的充放电平台电位[16-20]。

③硬碳

硬碳是指在高温下难石墨化的碳。它的制备途径可以通过热分解有机高分子树脂、糖等材料[21]。硬碳的优点是具有较高的比容量，但是其缺点是电极电位比较高、不可逆容量比较高等。

④过渡金属氧化物

21世纪初，过渡金属氧化物MxOy开始被应用于锂离子电池中，J。M。Tarascon等三人组第一次开始了对锂离子电池的研究。与传统的嵌入反应和合金反应相比，其机理有些不同。通常来讲，一般不会和金属M暗影，但生成的金属M尺寸只有几纳米，所以，其具有高度的电化学活性，能使得氧化锂分解。过渡金属氧化物通常第一次不可逆容量损失较大，库伦效率首次会介于40-70%。这是由于电解液在扩散到过渡金属氧化物表面时发生复分解反应，形成SEI膜。这个过程又需要消耗锂离子，而在随后的充电过程中，SEI膜不会完全地分解。再者，由于3d过渡金属的氧化物大多数是半导体，电导率不是很高，因此，这就使得金属氧化物在大电流充放电时，表现性能不怎么好。最后，过渡金属氧化物跟Si和Sn性质有类似的地方，但过渡金属氧化物与锂反应的前后，体积有较大的变化，这也就导致它的循环性能不是很理想。