Теоретическая удельная емкость Si достигает 4200 мАч/г, что в 10 раз выше теоретической удельной емкости графита; потенциал интеркаляции литием Si низкий, который составляет 0,37 мВ Li/Li+; а Si — второй по распространенности элемент на земле, не наносящий вреда окружающей среде. Разрушение произойдет, а процесс производства нанокремния является зрелым и недорогим, поэтому исследователи считают Si основным анодным материалом, который в будущем заменит графит.

Однако в процессе интеркаляции и экстракции лития объем Si будет увеличиваться и уменьшаться, и скорость изменения может достигать 400%. Изменение механического напряжения, возникающее в этом процессе, приводит к разрушению материала отрицательного электрода, структура электрода становится нестабильной, а пленка SEI на поверхности отрицательного электрода становится нестабильной и неустойчивой. Кроме того, Si является полупроводником, и его проводимость низкая, а расширение и сжатие наночастиц Si также заставляет их постепенно отрываться от транспортной сети электронов и частиц, еще больше снижая их проводимость. Все это сильно ограничивает электрохимические характеристики Si. В настоящее время основным направлением исследований является то, как ограничить изменение объема Si и лучше использовать преимущество Si в емкости.

Механизм формирования пленки SEI на анодных материалах на основе Si

Как и графитовые анодные материалы, анодные материалы на основе кремния также будут образовывать пленку SEI на границе раздела твердое тело-жидкость в процессе формирования. Однако во время интеркаляции и экстракции лития резкое изменение объема Si приводит к непрерывному разрыву пленки SEI. генерируется, что приводит к плохой производительности цикла батареи и низкой кулоновской эффективности. Таким образом, текущие исследования сосредоточены на том, как ограничить изменение объема Si за счет рекомбинации материалов, чтобы использовать преимущество емкости Si.

Во многих исследованиях наиболее важным является соединение кремния с углеродом. В реальном производстве существуют различные способы соединения кремниевых и углеродных материалов. Среди них идеальной структурой является использование облицовки и встроенных структур из кремний-углеродного композита, чтобы помочь конструкции сформировать стабильную пленку SEI. Например, сформированная после покрытия структура ядро-оболочка оказывает определенное буферное действие на расширение Si, что делает пленку SEI более стабильной, а также препятствует агломерации частиц Si. Только если проблема объемного расширения Si будет решена в первую очередь, и его емкостные характеристики могут быть хорошо использованы, дальнейшие исследования в качестве электродного материала будут иметь смысл.

Когда возможности Si в качестве материала отрицательного электрода будут полностью использованы, применение материалов на основе Si в реальном производстве станет реальностью. С точки зрения процесса производства аккумуляторов изучено, что на свойства сформированной пленки SEI влияет контроль параметров процесса формирования, а затем улучшение. Только производительность аккумулятора имеет практическое значение.

Полуэлементы были изготовлены в лаборатории с использованием АСМ в сочетании с традиционными методами определения характеристик и методами тестирования производительности литий-ионных аккумуляторов для изучения идеального диапазона параметров с одной переменной для формирования пленки SEI в условиях изменения тока формирования, температуры пласта и только напряжение отсечки; Затем две разные переменные комбинируются в пределах вышеупомянутого оптимального диапазона одной переменной, и исследуется комбинация переменных и диапазон параметров для формирования более идеальной пленки SEI в различных условиях комбинации.

Если у вас есть какие-либо требования или какие-либо вопросы относительно решений с литиевыми батареями для желаемых приложений, не стесняйтесь обращаться к нашей специальной команде в любое время по адресу marketing@everexceed.com .