介绍锂离子电池硅碳材料的优缺点
来源：宝鄂实业
2019-12-08 22:16
点击量：次
锂离子电池负极材料的新大陆——硅碳正极材料。锂电池正极材料是锂离子电池行业中最关键的一环。新型硅碳阴极锂离子电池突破了石墨作为负极的固有局限，其性能明显优于传统锂离子电池。它已成为最有前途的储能电池之一，锂离子电池负极材料的新大陆。
硅碳负电荷是什么
由于硅是半导体结构材料，为了提供锂离子在硅电极材料中的扩散速率，有必要提高硅材料的导电性。目前，成熟的碳材料在行业中被选择。采用不同的碳材料复合硅进行改性，形成均匀的导电网络结构，形成导电性好、附着力好、化学稳定性高的硅碳阴极材料。
锂离子电池正极材料。JPG
硅碳材料的优缺点
石墨阳极作为主要的负极材料，已经得到了广泛的应用，但是石墨阳极材料的容量已经达到了360毫安时/克，已经接近理论克容量372毫安时/克，想要改善其空间已经很难实现。和硅和碳化硅学习类似的性质,与锂合金在室温下,生成Li15Si4阶段,理论比容量3572马·h / g,远高于商业石墨的理论比容量,储备丰富的地壳的元素,成本低,环境友好,和硅负极材料一直备受研究人员的关注,是最具潜力的下一代锂离子电池阳极材料。
然而，硅在充放电过程中容易产生体积膨胀，限制了硅阴极的商业应用。碳正极材料在充放电过程中体积变化小，具有良好的循环稳定性，是离子和电子的混合导体。另外，硅和碳化的性质相似，可以紧密结合，因此碳常被用作与硅混合的首选基质。
在Si/C复合体系中，Si颗粒作为活性物质提供了锂的储存能力。它不仅可以缓冲硅阳极在充放电过程中的体积变化，而且可以提高硅材料的导电性，避免硅颗粒在充放电循环中团聚。因此，Si/C复合材料兼具两者的优点，比容量高，循环寿命长，有望取代石墨成为新一代锂离子电池的负极材料。
硅碳阴极材料的应用前景
近年来，中国锂离子电池行业发展迅速，全球市场份额不断上升。在锂离子电池行业大规模投资的带动下，对锂离子电池正极材料的需求不断上升。硅阳极石墨阳极的质量相比具有较高的能量密度和能量密度,体积使用硅阳极材料的锂离子电池能量密度可以提高8%以上,质量体积能量密度可以增加超过10%,而成本每千瓦时电池可以减少至少3%,因此硅负极材料将有很广阔的应用前景。
硅碳阴极作为一种新型的锂离子电池正极材料，在提高电池的能量密度方面比石墨阴极更有效。但由于其应用壁垒较高，在我国还处于工业化的初期阶段。在国外，松下实现了含硅碳正极材料的18650电池的量产，特斯拉将硅碳正极应用于汽车动力电池。硅碳阳极材料的应用前景越来越光明，硅碳阳极材料有可能成为未来的领导者。
便携式消费类电子产品也将成为纳米硅碳阴极材料大规模应用的另一个重要领域。目前，智能手机已经成为锂离子电池最大的应用领域。由于智能手机等也对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，它们也将成为高比容纳米硅碳正极材料的广阔市场。
同时，航空航天、船舶等领域对锂离子电池提出了更高的能量密度和功率密度要求。纳米硅碳材料也是最有前途的锂正极材料
