介紹鋰離子電池硅碳材料的優(yōu)缺點(diǎn)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-08 22:16
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鋰離子電池負(fù)極材料的新大陸——硅碳正極材料。鋰電池正極材料是鋰離子電池行業(yè)中最關(guān)鍵的一環(huán)。新型硅碳陰極鋰離子電池突破了石墨作為負(fù)極的固有局限，其性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池。它已成為最有前途的儲(chǔ)能電池之一，鋰離子電池負(fù)極材料的新大陸。
硅碳負(fù)電荷是什么
由于硅是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料，為了提供鋰離子在硅電極材料中的擴(kuò)散速率，有必要提高硅材料的導(dǎo)電性。目前，成熟的碳材料在行業(yè)中被選擇。采用不同的碳材料復(fù)合硅進(jìn)行改性，形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成導(dǎo)電性好、附著力好、化學(xué)穩(wěn)定性高的硅碳陰極材料。
鋰離子電池正極材料。JPG
硅碳材料的優(yōu)缺點(diǎn)
石墨陽極作為主要的負(fù)極材料，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是石墨陽極材料的容量已經(jīng)達(dá)到了360毫安時(shí)/克，已經(jīng)接近理論克容量372毫安時(shí)/克，想要改善其空間已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)。和硅和碳化硅學(xué)習(xí)類似的性質(zhì),與鋰合金在室溫下,生成Li15Si4階段,理論比容量3572馬·h / g,遠(yuǎn)高于商業(yè)石墨的理論比容量,儲(chǔ)備豐富的地殼的元素,成本低,環(huán)境友好,和硅負(fù)極材料一直備受研究人員的關(guān)注,是最具潛力的下一代鋰離子電池陽極材料。
然而，硅在充放電過程中容易產(chǎn)生體積膨脹，限制了硅陰極的商業(yè)應(yīng)用。碳正極材料在充放電過程中體積變化小，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，是離子和電子的混合導(dǎo)體。另外，硅和碳化的性質(zhì)相似，可以緊密結(jié)合，因此碳常被用作與硅混合的首選基質(zhì)。
在Si/C復(fù)合體系中，Si顆粒作為活性物質(zhì)提供了鋰的儲(chǔ)存能力。它不僅可以緩沖硅陽極在充放電過程中的體積變化，而且可以提高硅材料的導(dǎo)電性，避免硅顆粒在充放電循環(huán)中團(tuán)聚。因此，Si/C復(fù)合材料兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，比容量高，循環(huán)壽命長，有望取代石墨成為新一代鋰離子電池的負(fù)極材料。
硅碳陰極材料的應(yīng)用前景
近年來，中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展迅速，全球市場份額不斷上升。在鋰離子電池行業(yè)大規(guī)模投資的帶動(dòng)下，對(duì)鋰離子電池正極材料的需求不斷上升。硅陽極石墨陽極的質(zhì)量相比具有較高的能量密度和能量密度,體積使用硅陽極材料的鋰離子電池能量密度可以提高8%以上,質(zhì)量體積能量密度可以增加超過10%,而成本每千瓦時(shí)電池可以減少至少3%,因此硅負(fù)極材料將有很廣闊的應(yīng)用前景。
硅碳陰極作為一種新型的鋰離子電池正極材料，在提高電池的能量密度方面比石墨陰極更有效。但由于其應(yīng)用壁壘較高，在我國還處于工業(yè)化的初期階段。在國外，松下實(shí)現(xiàn)了含硅碳正極材料的18650電池的量產(chǎn)，特斯拉將硅碳正極應(yīng)用于汽車動(dòng)力電池。硅碳陽極材料的應(yīng)用前景越來越光明，硅碳陽極材料有可能成為未來的領(lǐng)導(dǎo)者。
便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品也將成為納米硅碳陰極材料大規(guī)模應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。目前，智能手機(jī)已經(jīng)成為鋰離子電池最大的應(yīng)用領(lǐng)域。由于智能手機(jī)等也對(duì)鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求，它們也將成為高比容納米硅碳正極材料的廣闊市場。
同時(shí)，航空航天、船舶等領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池提出了更高的能量密度和功率密度要求。納米硅碳材料也是最有前途的鋰正極材料
