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快充的硅系列的材料

发表时间:2024-04-11 13:37

硅的电压平台比石墨高了一点,充电时析锂的可能性不大,安全性能上,较石墨有很大的优势。且,硅是地壳中丰度最高的元素之一,来源广泛,价格便宜。但,硅碳跟其他几个比,快充没那么好,硅碳的快充要解决缩短距离等:

(1):存在问题

硅材料的比容量最高可达4200mAh/g,远大于碳材料的372mAh/g,是目前已知能用于负极材料理论比容最高的材料。并且硅材料环境友好、储量丰富、成本较低。但,在充放电过程中,硅的体积会膨胀100%-300%,不断的收缩膨胀会造成硅碳负极材料的粉末化,严重影响电池寿命。

(2):改性硅碳负极

将有机改性的包覆多孔硅碳合金负极表面,获得含有大量羟基的复合材料,通过羟基与碳酸酯的相容性促进锂离子的去溶剂化,此外,包覆层作为缓冲层以减轻体积效应,且增强导电性,提高锂离子的迁移能力,实现高快充能力。

(3):纳米化处理

硅纳米化,使得所有的硅得到利用,并预留膨胀空间,利于锂和硅化合物的形成,可有效改善循环性能。还可以对纳米硅进行补锂处理,解决硅碳负极电池首次充电效率低,以及电池循环寿命短的问题。但成本较高,工艺制程复杂,制备难度较大。

(4):构建特殊结构

在充放电过程中,会有较大的体积膨胀(>300%),破坏的材料结构,发生硅粉化,导致电极材料间及电极材料与集流体的分离,进而失去电接触,致使容量迅速衰减,循环性能恶化。此外,体积效应,会使SEI膜处于破坏-重构的动态过程中,消耗大量的锂离子消耗,进一步弱化循环性能。通过设计内部有中空的,表面是碳的结构,这样的结构是非常稳定的硅、石墨的复合结构,起到结构支撑的力学作用,良好的机械性能利于硅在循环中的体积应力释放,形成高的导电网络,提高电极整体的电子电导率。最终实现容量1300,效率86.5。跟石墨复合,2C充电,2C比0.2C可以做到84.4,2C充、10C放,循环能达到500周。


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