淺析硅材料在鋰電池中的應用

分析:硅在鋰電池中的應用

硅負片的優勢是什么

石墨的理論能量密度為372mAh/g,和硅負能量密度理論和10倍4200mAh/g,而且環保,儲量豐富,如特點,將通過石墨材料參與推動硅電池能量密度被公認為行業的方向之一,日本和韓國是做大電池制造商,例如硅碳負極電池的商業化,如比亞迪,力神、比克、通用等國內電池廠家也都在跟蹤，但到目前為止也沒有看到停止加工的產品。特斯拉選用的松下18650電池在傳統石墨陽極材料中含有10%的硅，能量密度至少在550mAh/g以上。

鋰電池中硅的使用

硅材料在鋰電池中的應用重要涉及兩個方面:一是參與納米硅在正極材料中形成硅碳正極;二是參與電解質中有機硅化合物的合成，提高電解質的性能。

納米硅:鋰負極材料的重要組成部分

納米硅酸鹽是指直徑小于5納米的晶體硅顆粒，是一種重要的非金屬非晶材料，常用溶膠-凝膠法制備。納米硅粉具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、表面活性高、疏松密度低、無毒、無味等特點。納米硅被廣泛應用于以下領域:與石墨材料組成的硅碳復合材料，作為鋰電池的負極材料，大大提升了鋰電池的容量，這是我們關注的重點;用于加工高溫涂料和耐火材料;(3)與高壓金剛石混合形成碳化硅-金剛石復合材料，用作刀具;能與有機物發生反應，為有機硅高分子材料;(5)多晶硅由提純的金屬硅制成;半導體微電子封裝材料;金屬飾面。

有機硅:鋰電解液的功能添加劑

有機硅是一種重要由硅原子和氧原子構成的合成高分子材料。由于主鏈的硅氧結構具有較強的化學鍵，因此有機硅聚合物的分子比普通有機聚合物的分子更穩定。有機硅結構,使其既有無機材料和有機材料的功能,較低的表面張力,粘度溫度系數、高壓縮性和高檔基本性質的透氣性,耐高溫和低溫,電氣絕緣,抗氧化穩定性、耐氣候性、阻燃、防潮、耐腐蝕、無毒、無味,和生理惰性和其他優秀的特點,廣泛應用于航空航天、電器、電子、建筑、交通、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業,包括有機硅第一用于密封、粘結、潤滑、涂料、表面活性、脫模、消泡、抑制、防水、防潮、惰性填料等。

盡管在力學有機硅功能和其他材料在室溫下差異不大,但其在高溫和低溫物理、力學功能,突出在60+250℃溫度交替和它的功能不受影響,因此有機硅聚合物可用于在這個溫度地區很長一段時間,和一些有機硅聚合物可以在低至-100℃下正常使用。

硅陽極材料缺陷

硅負極材料的缺陷是適宜的,重要有兩個缺陷:1)硅在鋰離子嵌入在嵌入過程中,將導致硅體積膨脹100%~300%,更大的內部應力在材料內部損傷對材料結構、銅箔上的電極材料,同時SEI膜表面的硅-打破形成重復形式,降低電極的導電性和循環安全的性行為;硅是一種半導體，其導電性比石墨差很多，導致鋰離子去包埋過程中有很大程度的不可逆性，進一步降低了其粗糙度的庫侖功率。因此，有必要解決硅的體積膨脹和初始充放電功率低的問題。

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