鋰離子電池負(fù)極材料—硅負(fù)極材料研究進(jìn)展分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-15 19:48
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鋰離子電池用硅負(fù)極材料的研究。負(fù)極作為鋰離子電池的關(guān)鍵部件之一，直接決定著鋰離子電池的性能。目前商用鋰電池的正極材料主要是石墨碳正極材料，其理論比容量?jī)H為372mAh/g(LiC6)，嚴(yán)重限制了鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。硅基材料是理論比容量最高的研究體系。
鋰離子電池正極材料。JPG
1. 鋰離子電池硅基負(fù)極材料的研究進(jìn)展
硅是已知的(4200 mah / g),最高的鋰離子電池陰極材料,但由于其龐大的體積效應(yīng)(> 300%),硅電極材料在充放電的過(guò)程將粉碎和剝皮收集的液體,使活性物質(zhì)和活性物質(zhì),活性之間的電接觸材料損失,同時(shí)不斷形成新的固態(tài)電解質(zhì)層SEI,最終導(dǎo)致電化學(xué)性能的惡化。
硅基陽(yáng)極材料被認(rèn)為是工業(yè)碳陽(yáng)極材料的替代產(chǎn)品之一。但由于充放電過(guò)程中體積效應(yīng)較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。因此，研究人員進(jìn)行了大量的改性研究。硅基負(fù)極材料研究人員普遍認(rèn)為,當(dāng)小到一定程度的規(guī)模硅,硅可以相對(duì)減少體積效應(yīng)的影響,和小粒子與相應(yīng)的分散技術(shù),硅的硅顆粒的膨脹容易儲(chǔ)備足夠的空間,因此,納米硅的重要途徑被認(rèn)為是解決硅基負(fù)極材料商業(yè)化。
為了實(shí)現(xiàn)硅基材料的商業(yè)化應(yīng)用，必須通過(guò)多種手段進(jìn)行復(fù)合改性，并開(kāi)發(fā)新的工程技術(shù)以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模可控性。
2、鋰離子電池納米硅碳正極材料
納米si-c作為鋰離子電池的負(fù)極材料，具有較高的鋰存儲(chǔ)容量(其室溫理論容量高達(dá)3580m?Ah/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于石墨(372mAh/g)，電子通道良好，應(yīng)變小，生長(zhǎng)環(huán)境穩(wěn)定?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，該材料有望替代石墨作為下一代高能量密度鋰離子電池的負(fù)極材料。
不可否認(rèn)的是，其中也存在很多問(wèn)題:脫夾層中硅顆粒伴隨著體積的膨脹和收縮，導(dǎo)致顆粒粉化、剝落和電化學(xué)性能失效;硅顆粒表面的固體電解質(zhì)層(SEI)的不斷生長(zhǎng)導(dǎo)致電解質(zhì)和正極源的不可逆消耗。
3.鋰離子電池用氧化硅負(fù)極材料
工業(yè)原料氧化硅(SiOx, 0)與碳石墨材料相比，SiOx比Si具有更高的比容量和更好的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，近年來(lái)研究人員對(duì)氧化硅負(fù)極材料進(jìn)行了大量的研究。
SiOx鋰電池陰極材料是一個(gè)非常有潛力的鋰離子電池陰極材料,提供高容量超細(xì)納米硅簇均勻分散在SiOx矩陣,并首次嵌鋰過(guò)程中,原位生成Li4SiO4 Li2O惰性涂層的納米硅集群,隔絕Si與電解液接觸,起到了緩沖體積效應(yīng)和保護(hù)的雙重作用的電化學(xué)活性納米硅集群,從而使其具有容量大、周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。
硅碳正極材料
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(guó)還處于工業(yè)化的初期階段。在國(guó)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(chē)動(dòng)力電池。硅碳陽(yáng)極材料的應(yīng)用前景越來(lái)越光明，硅碳陽(yáng)極材料有可能成為未來(lái)的領(lǐng)導(dǎo)者。
結(jié)論:鋰電池正極材料是鋰離子電池工業(yè)中最關(guān)鍵的一環(huán)。陰極材料占鋰電池總成本的25%到28%。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。硅負(fù)極具有較高的質(zhì)量
