二次锂电池与锂离子电池存在着最大的不同之处, 在于锂离子电池使用替金属锂的嵌锂化合物充当电池的负极, 进而如此一来, 可以这样说, 锂离子电池的研究开发相当大的程度上便是负极嵌锂化合物的研究开发。
要成为是锂离子电池的负极材料, 必须要具备如下条件, 其一, 要是采用电化当量来考量则得是低的那种；其二, 锂离子的脱嵌得是容易的, 还要高度可逆；其三, Li+的扩散系数要大；其四, 要有较好的电子导电率；其五嘛, 热稳定以及电解质相容性得较好, 还且容易制成适用电极。
现在, 锂离子电池的负极材料, 主要是分成碳素材料和非碳材料这两大部分, 而那些已经实际被运用到锂离子电池当中的负极材料, 基本上全都是碳素材料, 像是人工石墨, 天然石墨, 中间相碳微球也就是MCMB, 石油焦, 碳纤维, 热解树脂碳等等, 除此之外, 人们也在积极地去研究并且开发非碳负极材料。
1、碳素负极材料
存在着这样两类碳材料, 它们是依据其结构特性予以划分的, 这两类分别是易石墨化碳以及难石墨化碳 , 也就是平常被所讲的软碳与硬碳材料, 一般性地来说, 硬碳的晶粒是比较小的, 其晶粒之中的取向并非较为规则的那种, 它总体的密度也比较小, 其表面呈现出多孔的状态, 并且它的晶面间距也就是(d002)是比较大的, 一般处于0.35到0.40nm这个范围, 然而软碳的晶面间距大概是0.35nm。
碳纤维、碳微球、石油焦等属于软碳, 比容量较低的普通石油焦约为160 mAh·g-1, 循环性能较差, 对国产石油焦等进行改性处理可使比容量提高到250 mAh·g-1还具有较好循环性能, 硬碳中有树脂碳, 热来源于有机聚合物（PVA、PVC、PVDF、PAN等）的热解碳以及如乙炔黑的碳黑。
于非石墨碳化材料相比较而言, 石墨具备着良好的导电性能, 其结晶程度较高, 呈现出优良的层状结构形态, 更适宜锂离子进行脱嵌这项活动, 借此来形成LiC6这种锂 - 石墨层间插入化合物Li - GIC, 从而构造稳定的化学结构。
石墨材料主要涵盖两大类, 一类是人造石墨, 另一类是天然石墨。人造石墨是通过对易石墨化碳, 也就是软碳, 进行高温石墨化处理而获得的。作为锂离子电池负极材料的人造石墨类材料主要包含石墨化中间相碳微球、石墨纤维以及其他各种各样的石墨化碳等。
2、非碳负极材料
锂电池过渡金属氮化物, 是在锂离子载体氮化锂Li3N高离子导体这个材料，就是电导率102·cm-1的那个研究基础之上发展起来的, 它能分成反CaF2型和Li3N型这种两种类型, 其中具有代表性的材料, 一种是Li3-xCoxN, 另一种是Li7MnN4。Li3-xCoxN归属Li3N型结构的锂过渡金属氮化物, 其通式是Li3-xMxN, M分别为Co、Ni、Cu等, 此材料比容量高, 能达到900 mAh·g-1, 不存在不可逆容量, 充放电平均电压约为0.6V, 并且还能够与无法提供锂源的正极材料匹配来组成电池。
Li7MnN4归属反CaF2型结构, 此为锂过渡金属氮化物, 其通式是Li2n - 1MNn, 其中M代表过渡金属, 它比容量较低, 大概为200 mAh·g - 1, 不过循环性能良好，充放电电压保持平坦, 不存在不可逆容量, 尤其是当这种材料用作锂离子电池负极时, 还能够采用无法提供锂源的正极材料与它匹配来组建电池。
像TiS2、MoS2这类硫化物, 同样能够用作锂离子电池的负极材料, 它能够跟LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等4V级正极材料相匹配, 进而组成电池。这类电池的电压是比较低的, 比如说以TiS2当作负极, LiCoO2作为正极来构成电池, 其电压大概是2V, 并且它的循环性能比较不错, 可以达到500次。
