硅碳管硅基负极材料研究

2019-09-19 08:25:36 xrwl 808

很多客户通过我们的网站来电话咨询硅碳管硅基负极材料研究,那么今天小编就来讲解下硅碳管硅基负极材料研究。锂离子电池具有除锂电位低、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。

硅碳管

锂离子电池常用的正极材料有软碳、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,锂离子电池商用正极材料石墨的比容量已接近理论值(372mah/g),质量难以进一步提高,虽然lto循环安全性好,但比容量太低(176mah/g),很难达到满足未来高比能量电池的发展需要。

根据几种正极材料的性能对比图(图1),高容量、低成本、低电压平台的硅基材料在2020年满足300wh/kg以上高能量密度锂离子二次电池的需求潜力巨大。

Li22Si5的理论容量是天然石墨的10倍以上。同时,地球上硅资源丰富,生产成本极低,硅的电压平台为0.3~0.5v,充电过程中没有潜在的锂析出,大大提高了锂离子电池的安全性能。但在充放电过程中,由于锂化和去锂化过程中体积变化较大(200%~300%)。颗粒破碎和表面固体电解质层(sei)的反复形成导致了硅基负极材料的容量损失和循环性能差。

针对硅基负极材料嵌锂和除锂存在的问题,近年来,研究人员通过设计纳米、复合和改性的硅基核壳结构,有效地改善了硅基材料的循环性能。材料

本文主要对硅基负极材料的储能和容量衰减机理进行了深入的分析和探讨。基于硅碳复合材料和二氧化硅(0<x≤2)基体的两条主线“复合”材料,“这篇论文”总结了“在”“细节”“最新进展”“研究”“结构”“设计”“硅基”“电极材料”“改性”“在”“国内”“国外””“的情况,=“”前景=“”未来=“”方向=“”应用=“”前景。<=“”跨度=”></x≤2)>

硅的电化学机理

1.1除锂机理

硅的除锂机理是通过锂离子的合金化和脱合金来实现的。锂的实际电化学包埋是晶体硅和非晶亚稳锂共存的过程。结果表明,在较低的充电电压<0.5v(相对于li/li+)下,锂硅合金化后最常见的相是li15si4,相应的理论质量比容量为3579mah/g。式(1)~(3)中:

方程(1)和(2)表示嵌锂过程。式(3)表示除锂过程。其中a表示非晶态,c表示结晶态。

1.2失效机理

在充放电过程中,硅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,嵌锂Li22Si5晶体电池的体积膨胀率约为300%。在固锂过程中,电解质分解并沉积在硅表面形成sei膜。

失效机制如图3所示。由于脱锂过程中硅体积的不断变化,新硅表面暴露在电解液中的sei膜厚度不断增加,最终导致界面阻抗增加。

研究表明,亚稳锂硅合金与硅及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。最后导致硅基负极材料的容量损失。

硅基材料的选择与设计

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