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    為何說硅碳材料是最有潛力的鋰離子電池負極?

    鉅大LARGE  |  點擊量:1781次  |  2020年12月19日  

    為何硅碳棒是最有前途的鋰離子電池陰極


    新能源汽車類日益火爆,吸引了大批國內外公司紛紛前往戰場,新的鋰錳酸技能似乎綻放出奪目的色彩。技術創新固然可喜,但尋找性價比更高、存儲容量更大、價格動力更強的新原始數據是提高行業終端降低成本、提高效率能力的根本原因。


    硅是目前發現的比容量(4200mAh/g)最高的鋰離子電池負極數據,是目前最有潛力的負極數據,但硅作為鋰離子電池負極使用也存在一些瓶頸,首先是硅在應對批量膨脹的問題。通過理論計算和實驗證明,無論是鋰包埋還是退泥都會引起體積變化,體積變化為320%。所以無論你把什么數據放在一起,在微觀層面,在原子或納米尺度的硅上,它都會膨脹300%。在數據設計中必須考慮大量的更改。在大體積數據的局部力學問題上,經過一系列的基礎研究證明,它會開裂,形成嚴重的跌落。


    硅的體積膨脹有許多后果


    1.顆粒粉碎,循環功能差


    2.活性物質與導電粘結劑接觸不良


    第二個問題是硅表面的SEI膜厚且不均勻,受溫度和添加劑的影響較大,會影響鋰離子電池的整體比能性能。


    石墨因其導電性能特別好,相對來講SEI膜比較均勻,其組成不像硅負極相同。為了研究這個問題,我國科學院的科學家們制作了模型,這些模型被微加工成硅納米線。為了研究該數據充放電過程中SEI膜的生長情況,我們發現隨著循環次數的新增,SEI膜逐漸填補了硅柱中心的空隙,覆蓋后繼續生長約4.5m。假如不處理添加到硅表面,SEI膜可以長得非常厚。這意味著它是多孔的,溶劑總是能夠接觸到硅的表面,這是不可能的全電池規劃。如何解決這個問題,我國科學院的科學家們已經做了一些嘗試在硅上做碳涂層。相比之下,我們只在硅上做了部分石墨烯涂層,其他地方則是自由的。最后發現,包膜和未包膜SEI膜的生長條件不同,碳包膜的SEI膜明顯減少,而未包膜的SEI膜有很多。


    從長期的基礎研究,經過納米硅粉;硅碳涂層;可以有效地解決硅在鋰離子電池負極使用中的問題。無論是納米硅碳還是硅碳,硅都力求做到以下幾點:


    硅顆粒尺寸:<20nm(理論上越小越好)


    均勻性:標準偏差小于5nm


    純度:>99.95%


    痕跡:100%球形比例


    此外,一個完整的外部涂層是非常重要的,以防止硅和電解質接觸,導致厚SEI膜的消耗。同樣重要的是要計劃微結構,以保持電子接觸,離子通道,體積膨脹在周期。


    碳包覆的機理在于Si的體積膨脹是由石墨和非晶包覆共同支撐的,從而防止了在去除埋置鋰的過程中由于體積變化大、應力大而導致負極數據的劣化。碳包層的用途是:


    (1)約束緩沖活動中心體積增大


    (2)防止納米活性粒子的聚集


    (3)防止電解質向中心滲透,保持穩定的界面和SEI


    (4)硅數據貢獻高的比容量,碳數據貢獻高的電導率


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