锂离子电池负极材料—硅负极材料研究进展分析
来源：宝鄂实业
2019-12-15 19:48
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锂离子电池用硅负极材料的研究。负极作为锂离子电池的关键部件之一，直接决定着锂离子电池的性能。目前商用锂电池的正极材料主要是石墨碳正极材料，其理论比容量仅为372mAh/g(LiC6)，严重限制了锂离子电池的进一步发展。硅基材料是理论比容量最高的研究体系。
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1. 锂离子电池硅基负极材料的研究进展
硅是已知的(4200 mah / g),最高的锂离子电池阴极材料,但由于其庞大的体积效应(> 300%),硅电极材料在充放电的过程将粉碎和剥皮收集的液体,使活性物质和活性物质,活性之间的电接触材料损失,同时不断形成新的固态电解质层SEI,最终导致电化学性能的恶化。
硅基阳极材料被认为是工业碳阳极材料的替代产品之一。但由于充放电过程中体积效应较大，无法实现商业化。因此，研究人员进行了大量的改性研究。硅基负极材料研究人员普遍认为,当小到一定程度的规模硅,硅可以相对减少体积效应的影响,和小粒子与相应的分散技术,硅的硅颗粒的膨胀容易储备足够的空间,因此,纳米硅的重要途径被认为是解决硅基负极材料商业化。
为了实现硅基材料的商业化应用，必须通过多种手段进行复合改性，并开发新的工程技术以实现大规模可控性。
2、锂离子电池纳米硅碳正极材料
纳米si-c作为锂离子电池的负极材料，具有较高的锂存储容量(其室温理论容量高达3580m?Ah/g，远远多于石墨(372mAh/g)，电子通道良好，应变小，生长环境稳定。基于这些优点，该材料有望替代石墨作为下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。
不可否认的是，其中也存在很多问题:脱夹层中硅颗粒伴随着体积的膨胀和收缩，导致颗粒粉化、剥落和电化学性能失效;硅颗粒表面的固体电解质层(SEI)的不断生长导致电解质和正极源的不可逆消耗。
3.锂离子电池用氧化硅负极材料
工业原料氧化硅(SiOx, 0)与碳石墨材料相比，SiOx比Si具有更高的比容量和更好的循环稳定性。因此，近年来研究人员对氧化硅负极材料进行了大量的研究。
SiOx锂电池阴极材料是一个非常有潜力的锂离子电池阴极材料,提供高容量超细纳米硅簇均匀分散在SiOx矩阵,并首次嵌锂过程中,原位生成Li4SiO4 Li2O惰性涂层的纳米硅集群,隔绝Si与电解液接触,起到了缓冲体积效应和保护的双重作用的电化学活性纳米硅集群,从而使其具有容量大、周期长等特点。
硅碳正极材料
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。
结论:锂电池正极材料是锂离子电池工业中最关键的一环。阴极材料占锂电池总成本的25%到28%。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。硅负极具有较高的质量
