2019年3月25日

关于锂电池硅碳负极材料,你不得不知的事儿_行业资讯

十亿分之一公尺硅碳作为锂水合氢电池负极纸和烟叶,它具有较高的储锂影响的范围(在室温下具有学说影响的范围)。,远超铅笔粉(372) m∙Ah/g))、良好的电子频道、小血统和细节助长SEI薄膜的稳固留长。鉴于状态优势,该纸和烟叶有成功希望的人代替铅笔粉作为青年一代高。。

不行拒绝承认的是,它也在很多成绩。:硅颗粒是在膨大课程中由最幸福的膨大和感染理由的。 颗粒被击碎、大批与电神秘的多样化取消法令;硅外表上的立方体由电解发生的层 (SEI)由电解发生的的可持续增长和不行逆耗费。本文首要引见锂水合氢电池十亿分之一公尺硅碳负极纸和烟叶进步、准备方式、不一样框架的硅碳负极纸和烟叶在电池说话中肯消耗及预测未来。

十亿分之一公尺硅碳纸和烟叶的进步

从羊舌鲆框架演变的未成年十亿分之一公尺级硅碳纸和烟叶,密度使升级。

图1 核桃状十亿分之一公尺硅炭纸和烟叶的未成年消耗

随后,硅基纸和烟叶对付与现在电池零碎相容性较高的低影响的范围和影响的范围电动车辆零碎的高影响的范围这两个揭发开展。低影响的范围的首要成绩(图2)是长CY的粗制滥造率成绩。,前者与锂的耗费涉及,与Ci-Fi的留长涉及。,后者决议实践的最幸福的容量密度。。低影响的范围纸和烟叶的开展课程不一样于,Maximun铅笔粉使满足加重血统,缩减使弹起;同时,小心的选择外表涂层纸和烟叶和有关的的纸和烟叶。,高保安的气体疏散工业技术简介。

图2 400微米(AH/G)十亿分之一公尺晶的形貌(A)和电神秘的多样化角色

就高影响的范围就(图3),首要成绩是硅最幸福的膨大区。 后续肥胖的稳固性和粗制滥造率成绩,再说,鉴于其更晴天的框架,与现在电池零碎的适用和处置功能。

图3 500微米(AH/G)十亿分之一公尺晶的形貌(A)和电神秘的多样化角色

处理是你这么说的嘛!成绩,打开低本钱、高掺杂掺杂十亿分之一公尺硅(D50)<100nm)的准备工业技术。传球使升级原纸和烟叶的功能提高的价值碳硅纸和烟叶的肥胖的功能。同时在液相疏散的基础上打开出管理鱼鳞化粗制滥造的气相包覆工业技术,蒸发比外表,提高的价值其外表功能以使升级其用于工作上的功能。

再说,理科家也打开了低本钱。、绿色无污染、机动性大级数金刚砂复合纸和烟叶的准备工业技术,微十亿分之一公尺复合框架,纸和烟叶的比外表积减小:十亿分之一公尺硅粉末,增多了纸和烟叶的导热性性:图4为影响的范围为600mAh/g硅碳复合纸和烟叶的形貌和电神秘的多样化功能:在面密度为 2 在MAH/CM2使习惯于,上等的的肥胖的稳固性和高库仑粗制滥造率。。

图4 600微米(AH/G)十亿分之一公尺晶的形貌(A)和电神秘的多样化角色

硅碳负极纸和烟叶的准备方式

● 神秘的多样化气相放置法

用神秘的多样化气相放置法准备硅/碳复合纸和烟叶,以SiH4、十亿分之一公尺硅粉、硅和硅院子如SBA-15和纤毛虫土是硅源。,碳或无机组织作为碳源,里面人家组成部分是矩阵。,另一身分的偶数的地放置在矩阵的外表上。。用该方式准备的复合纸和烟叶,硅和碳的两个身分是形影不离的好友贯的。、强相配力,有活性的问题在充放电课程中难做的大批。,它具有上等的的肥胖的稳固性和较高的原始的库伦粗制滥造率。,偶数的碳层稳固性、集聚是不轻易的。;工业化,手段简略,复合纸和烟叶说话中肯杂质少,浮动诊胎法课程是环保的,最前景的大鱼鳞PRO,以及理科家们的背衬。。

● 悬浮体定型发胶法

液相复合法可提高的价值纸和烟叶在C说话中肯疏散性。,悬浮体定型发胶法 硅/碳复合纸和烟叶说话中肯硅纸和烟叶可以偶数的疏散。,再说,复合纸和烟叶阻拦不住某人较高的可逆性比帽。、肥胖的功能。纵然,碳定型发胶与其它碳纸和烟叶相形稳固性差。,在肥胖的课程中,碳壳会决裂和膨大。,落得负框架断裂 ,蒸发上菜用具功能;定型发胶说话中肯高氧使满足会发生更多的非导电SiO。 ,蒸发负极纸和烟叶肥胖的功能的方式 ,依据,氧使满足是决议的要紧翻阅必须先具备的。。

● 高微热答案

高微热解是最经用的准备Si的方式。,该工业技术运转简略,运转便于应用的。,但是备有在滞性氛围下才干低温离解。,轻易反复。,在热解课程中,无机院子被离解编队非石墨碳。,这种碳的间隔框架普通是对立生长的。,在充放电课程中,可以较好的地加重硅的最幸福的多样化。。TAO等以SiCl为备有。,传球热复原镁获益多孔硅。,又在人家滞性的氛围中,无机碳的高微热解包覆,准备了多孔硅/碳复合纸和烟叶。,该纸和烟叶的充放电功能上等的。,可坦率地用作锂水合氢电池负极纸和烟叶。,原始的放电比影响的范围为1245。 mAh/g,传球30次肥胖的后,比影响的范围影响的范围1230。 mAh/g。

● 机械轧齿边

机械球磨准备复合粒子的小品词为S、各身分的散布偶数的。,再说,传球机械折磨准备硅/碳复合纸和烟叶。、本钱低、粗制滥造率高,并适用大批粗制滥造等优点。;由于该方式是两种浮动诊胎法问题在功能下的场地。,依据缺席无效的处理颗粒聚会的方式。,此外,最幸福的准备工业技术与高微热解相联手。。

 水热分解法

普通说来,小分子无机组织被用作碳源。,用硅灰偶数的疏散于答案中,,在封住高度紧张浮动诊胎法器中举行水热浮动诊胎法。,硅/碳复合纸和烟叶低温烧焦的仔细考虑。水热分解运转简略便于应用的。,产生清白高。,良好疏散性、撒沙砾于管理把持;但该方式能耗高。、输出低,不适用大批量粗制滥造。

● 静位觉电纺

静位觉电纺技术是指高分子化合物答案(或熔体)在高度紧张静位觉电场的功能下编队U 形钉的课程,它可以从几十到几百十亿分之一公尺。、外表积大的U 形钉。

鉴于不一样斯特劳金刚砂纸和烟叶的锂水合氢电池

● 涂层复合纸和烟叶

涂层硅/碳复合纸和烟叶的优点是高硅使满足。,它有助于增多其锂存储影响的范围。。外表涂层良好的碳层能无效地缓冲最幸福的。,激励电子导热性,同时粗制滥造稳固的SEI膜。,稳固复合纸和烟叶与由电解发生的的界间的。移交核壳框架硅碳复合纸和烟叶在锂水合氢电池说话中肯消耗,硅的激烈最幸福的应力落得外表C断裂。,复合纸和烟叶框架坍塌、肥胖的稳固性神速衰落。,通常有3种处理方案来提高的价值其肥胖的稳固性。:提高的价值碳层的微观框架、将硅改性为十亿分之一公尺多孔框架,与举行涂碳层。 。

涂层复合纸和烟叶的肥胖的功能上等的,这是由于它的框架是稳固的。,在反复充电和放电中很难翻转其功能。。

● 嵌入式复合纸和烟叶

与涂层典型相形,硅/碳复合纸和烟叶的硅使满足较低。,可逆性影响的范围通常较低。,但鉴于碳使满足高,依据,嵌入的硅/碳复合纸和烟叶具有较好的的稳固性。。埋入式是最罕见的硅/碳复合框架。,指将硅颗粒嵌入碳基体中编队两个PAR。,倚靠导电碳代理商,框架稳固性和电功能。,导电碳基体可以是非石墨碳。、铅笔粉,它也可以是一种被往国外的仔细考虑的具有上等的导热性性的铅笔粉烯。。不一样碳基复合纸和烟叶的电神秘的多样化功能。如次表,不一样碳基体的复合纸和烟叶具有不一样的功能。

不一样带菌者硅碳复合纸和烟叶的电神秘的多样化功能

碳基质

非石墨碳

铅笔粉

铅笔粉烯

锂嵌入影响的范围最初的

2000mAh/g

2650 mAh/g

约2200 mAh/g

肥胖的功能

100个公转后无降低。

100个公转后阻拦不住某人1900。 mAh/g

100个公转后阻拦不住某人1153。 mAh/g

 掺杂复合纸和烟叶

掺杂复合纸和烟叶包孕硅/碳十亿分之一公尺管复合纸和烟叶和三个一组硅/碳复合纸和烟叶。

(1)硅/碳十亿分之一公尺管复合纸和烟叶
具有特别形貌框架特点的钉扎型框架的碳十亿分之一公尺管(Si/CNTs)复合纸和烟叶腰槽越来越多的关怀。这是由于碳十亿分之一公尺管用了良好的衔接功能。,这种衔接框架对硅的导热性性起到了晴天的功能。,再说,碳十亿分之一公尺管的导热性性可以助长电荷换乘。,柔韧的和机械重要可以合身的最幸福的多样化。。

眼前,分解的Si/CNTs复合纸和烟叶具有良好的肥胖的稳固性和速率P。,在这小眼面,Si/CNTs十亿分之一公尺复合纸和烟叶准备首要是传球将硅放置到CNTs的外表或许CNTs薄膜的外表,碳十亿分之一公尺管坦率地留长在硅十亿分之一公尺颗粒外表。,这些首要复合典型具有上等的的电神秘的多样化功能。。

(2)三个一组硅碳复合纸和烟叶
眼前,形成大块仔细考虑、原始的三硅碳复合零碎是硅/非石墨碳,它首要是传球球磨与低温煅烧相联手准备的。。硅更进一步的改性为多孔框架。,准备腰槽多孔硅/铅笔粉/无定型碳三个一组复合纸和烟叶的神秘的多样化功能可以腰槽晴天的使升级 ,这是鉴于十亿分之一公尺多孔硅在多孔硅上的膨大以软化剂E。,铅笔粉又无效的增多了硅颗粒的疏散度 ,同时,非石墨碳可以起到良好的债券剂功能。。

还容纳金属或金属氧化的三个一组硅碳复合纸和烟叶。,金属水合氢可以更进一步的增多负电极MA的导热性性。,准备简略。,高充放电影响的范围。

 其它

刘百楠和他的把联套在车上应用干舷影响的范围硅碳,打开了容量密度。 374 Wh/kg 软锂水合氢电池。同时,低影响的范围中试鱼鳞的硅碳基战利品是,富锂相纸和烟叶阳极板,在-43℃时,影响的范围阻拦不住某人率依然为73%。。采取自营小型柔韧性包装配零碎,以十亿分之一公尺硅碳为负极,商务酸性钻井纸和烟叶是敏捷的的。 1 Ah 软质锂水合氢电池的堆能密度 201.2 Wh/kg ,最幸福的容量密度 510.4 Wh/L,100周电池发出 6%,肥胖的影响的范围阻拦不住某人率为300周。 85% (图 5) 。

图5 400米AH/G十亿分之一公尺硅碳纸和烟叶的全电池功能

预测未来

总而言之,状态硅碳负极纸和烟叶的仔细考虑主要地对付上级的容量密度、大充放电功能、稳固的肥胖的功能和较好的的保安的能。,开展鱼鳞化粗制滥造低本钱、功能稳固的金刚砂复合纸和烟叶;在粗制滥造课程中应应用大批,如外表辅氢化酶A。,增多纸和烟叶的用于工作上的功能。、增多与电解质的相容性、蒸发不行逆影响的范围增多原始的充放电粗制滥造率;增多快速和肥胖的功能的仔细考虑首要集合在O。,掺杂它、改性,或喷雾干燥成球以激励电子。、水合氢导热。增多纸和烟叶的导热性性和肥胖的稳固性。更,碳硅片插层除锂机械化的仔细考虑,联手硅钙功能的债券剂和由电解发生的的摸索。

翻阅文献

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