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硅碳负极电池材料石墨硅基技术发展

2019-09-13 22:17:01 xrwl 886

很多客户通过我们的网站来电话咨询硅碳负极,那么今天小编就来讲解下硅碳负极。锂离子电池由于具有锂电位低、资源丰富、环保、比能量高、无记忆效应、工作电压高等优点,在手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品领域得到了广泛的应用。高比能量锂离子电池从电子终端设备到电动汽车及储能技术领域势在必行。

锂离子电池常用的负极材料有软碳、硬碳、中间相碳微球(mcmb)、人造石墨、天然石墨、钛酸锂(lto)和硅基材料。目前,商用锂离子电池负极材料石墨的比容量已接近理论值(372mah/g),难以提高质量,lto具有良好的循环安全性,但比容量太低(176mah/g),难以提高质量。使其难以满足未来高比能量电池的发展需要。

硅碳负极

从几种负极材料的性能对比图(图1)可以看出,高容量、低成本、低电压平台的硅基材料在满足300wh/kg以上高能量密度锂离子二次电池的需求方面具有很大的潜力。N 2020。

在锂离子的包埋过程中,形成了硅锂合金li22si5相,其理论容量是天然石墨的10倍以上。同时,地球上硅含量丰富,生产成本很低,硅电压平台为0.3-0.5V,充电过程中不存在潜在的锂析出,大大提高了锂离子电池的安全性能。但在充放电过程中,由于除锂除锂循环过程中体积变化较大(200%~300%),颗粒被粉碎,表面形成固体电解质层(sei),最终导致容量损失,性能变差。硅基阳极材料的循环性能。

针对目前硅基阳极材料嵌锂和除锂存在的问题,近年来,研究人员通过对硅基材料进行纳米化、复合、核改性和表面改性,有效地提高了硅基材料的循环利用性能。硅基材料的结构。

本文对硅基阳极材料的储能和容量衰减机理进行了深入的分析和探讨。从硅碳复合材料和siox(0<x≤2)基体的两条主线出发,分别对复合材料的结构、设计、改性、硅基电极材料等方面进行了综述。,=“未来=”“研究=”“方向=”“应用=”“前景=”“展望。<=”“跨度=”></x≤2)>

1。硅的电化学机理

1.1除锂机理

通过对锂离子的合金化和脱合金,研究了硅锂的脱除机理。锂的实际电化学包埋是晶体硅和非晶亚稳锂的共存。研究发现,当低充电电压<0.5v(相对于li/li+)时,锂硅合金化后形成的共相为li15si4,相应的理论质量比容量为3579mah/g,显示了硅在室温下的充放电过程。在下列方程式(1)~(3)中:

式(1)和(2)表示锂注入过程;式(3)表示锂去除过程;式中A表示不确定形式,C表示结晶状态。

1.2失效机理

硅在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀效应,如图2晶体电池原理图所示。理论上,锂离子注入Li22Si5晶体电池的体积膨胀率约为300%。在锂注入过程中,电解液会分解并沉积在硅表面形成sei膜。

失效机理如图3所示。由于除锂过程中硅体积的不断变化,新硅表面在电解液中的sei膜厚度不断增加,最终导致界面阻抗的增加。

研究表明,亚稳态硅锂合金及硅与电解质的化学反应导致锂离子的消耗,增大锂离子的扩散距离,阻碍锂离子的顺利去除,最终导致硅基材料的容量损失。阳极材料。

硅基材料的选择与设计

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