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最早的锂电池采用金属锂作为负极材料，这是因为金属锂的比容量较高。但是金属锂活泼性较大，在充电过程中容易形成枝晶，容易刺破隔膜，从而导致电池内部短路造成危险，存在着严重的安全隐患。为了解决这一问题，研究者使用嵌锂化合物作为电池负极以代替金属锂，研究了各种锂合金如LiAlFe、LiPb、LiAl、LiSn、LiCd、LiSi等。相比于金属锂作为负极，锂合金负极从根源上避免了枝晶的生长，提高了安全性。但是锂合金也存在着许多缺点，比如在反复循环过程中，锂合金体积变化大，电极材料易粉化而失效，降低了电池的使用效率和循环效率。
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1926年，研究者们将K，Rb，Cs等碱金属嵌入碳材料。20世纪70年代，科学家发现Li可以经过电化学方法嵌入到石墨中，之后，又发现了碳素材料能够可逆地进行锂离子的嵌入和脱出，并且具有相当的电极电位。碳素材料开始被研究用于锂离子电池。25462
1991年，Sony将碳负极材料成功应用于商品化的锂离子电池中。
21世纪随着对于锂离子电池能量密度要求的不断提高，涌现出大量的高容量负极研究文献。研究者们都在寻找高效、高容量、并且安全的负极材料。
2 负极材料的研究现状
负极材料种类非常繁多，自从锂离子电池商业化以来，研究人员主要研究的负极材料有：碳素材料、钛酸锂、新型合金及过渡金属氧化物、氮化物、磷化物等等。
已经成功应用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如石墨、中间相炭微球(Meso-phase)、碳纤文。碳素材料在很多方面的性能都很优异，但是美中不足的是比容量有限，这与电子产品电池的要求背道而驰。随着市场对于锂离子电池能量密度要求的逐渐提高以及碳素材料容量发挥的极限限制，人们正致力于开发研究更高比容量的负极材料以满足更高的需求。现阶段已经有少量的C/Si合金、Sn合金作为负极材料等应用于高端电池中。论文网
从安全的角度说，钛酸锂的安全性最好[5]。传统的碳素材料存在着很多问题，比如由于炭材料的对锂电位仅为0.1V左右，当锂离子电池过充时，碳电极表面易析出金属锂，会形成枝晶而引起电池短路，给电池安全性能和循环特性造成一定影响。另一方面，碳素材料作为负极的锂离子电池存在很大的容量衰减，这是由于锂离子在反复地插入和脱嵌过程中，会使碳材料结构受到破坏。
而尖晶石型钛酸锂(简称LTO)的结构为面心立方结构。由于其特殊结构，锂离子的反复插入和脱嵌对晶体结构几乎没有影响，晶格常数也几乎不变，故被称为“零应变”材料，表现出卓越的循环性。另外，LTO的对锂电位高达1.5V，远远高于碳素材料，从根本上解决了析锂以及枝晶引起的短路的问题。所以，LTO由于安全性和循环特性优良得到研究者们的关注。但是钛酸锂作为负极材料存在着很大的障碍，它的理论容量仅为175mAh/g，实际容量保持在160mAh/g，而主流负极材料碳素的容量是其2~3倍，同时还有越来越多的高容量的负极材料涌现，有些甚至达到钛酸锂的10倍以上。所以钛酸锂的低容量大大限制了研究前景。
合金类负极材料在容量方面大大超越了钛酸锂材料[7]。目前主流负极材料炭的理论比容量为372mAh/g，目前天然石墨比容量已达370mAh/g，基本接近理论极值。而合金类负极材料理论容量是石墨的3~11倍，主要包括Sn、Si以及它们形成的氧化物等。以Sn材料为例，纯Sn饱和嵌锂时将形成Li4.4Sn，对应的理论比容量为931mAh/g，达到我们对于高容量的要求。但是合金类负极材料在反复充放电过程中，由于充电前后晶体结构差异，会导致巨大的体积变化，不能投入实际应用，所以均不能单独运用。为了解决这一问题，研究者将研究分为两部分：一是制备合金薄膜负极材料和合金纳米材料，二是制备合金复合材料，利用集体性质缓冲体积变化。这两种方法均得到有效的研究，前者主要应用于微型电池的研究，而后者由于其制备工艺简单而成为研究主流和热点。