Ⅰ. Silicio{1}}anglies anodo medžiagų našumo pranašumai ir iššūkiai
(1) Elektrocheminės silicio charakteristikos
Atliekant ličio{0}}jonų baterijų anodo tyrimus, silicis sulaukia didelio dėmesio dėl itin didelės teorinės specifinės talpos. Visiškai sulitintas silicis gali sudaryti lydinius, kurių specifinė talpa siekia 4200 mAh/g, beveik dešimt kartų daugiau nei įprasto grafito. Ši savybė suteikia tvirtą medžiagos pagrindą baterijos energijos tankiui didinti. Ličio įterpimo / ekstrahavimo procesas pirmiausia priklauso nuo grįžtamosios silicio ir ličio legiravimo reakcijos. Dėl ypatingo silicio talpos pranašumo jis yra pagrindinis kandidatas į didelio -energijos-tankio anodo medžiagas. Tačiau litavimo metu silicio dalelių tūris smarkiai išplečiamas, remiantis eksperimentiniais duomenimis, daugiau nei 300 % ir gerokai viršija anglies {10}pagrindų medžiagų deformacijų diapazoną. Šis didelis tūrio pokytis palaipsniui atpalaiduoja kontaktus tarp aktyviųjų medžiagų, sutrikdo laidumo kelius tarp dalelių, todėl elektrodų struktūra yra nestabili, o tai pablogina ciklo veikimą ir elektrocheminį stabilumą. Struktūrinis nestabilumas dar labiau sukelia daugybę elektrocheminių savybių pablogėjimo problemų. Laidžio tinklo lūžis trukdo elektronų migracijos keliams, sustiprina elektrodų poliarizaciją ir greitai nyksta talpa. Tuo pačiu metu pradinio ciklo metu ant silicio paviršiaus susidariusią kietojo elektrolito tarpfazės (SEI) plėvelę sunku stabilizuoti; Litacijos{15}}sukelta deformacija nuolat pažeidžia SEI plėvelę, sukeldama pakartotinį persitvarkymą. Šis procesas ne tik pagreitina elektrolito sunaudojimą, bet ir lemia didelį negrįžtamą pajėgumų praradimą, keliantį grėsmę ciklo trukmei.
(2) Silicio{1}}anglies anodo medžiagų iššūkiai
Praktikoje dėl didelio silicio dalelių išsiplėtimo ir susitraukimo pakartotinai naudojant silicio -anglies anodus galima lengvai susmulkinti daleles, įtrūkti elektrodų sluoksnis ir sunaikinti pradinį laidų tinklą, todėl sparčiai mažėja pajėgumas. Po kelių dešimčių ciklų talpos išlaikymo rodiklis labai sumažėja, o tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios didelio -silicio-turinio anodai negali plačiai pakeisti grafito komerciniais tikslais. SEI plėvelės struktūra ant silicio paviršiaus yra labai nestabili. Kadangi dalelių deformacija išlieka, pradinis SEI sluoksnis yra pažeistas ir nuolat atstatomas, todėl nuolat sunaudojama elektrolito ir palaipsniui didėja sąsajos pasipriešinimas. SEI plėvelės nestabilumas ne tik turi įtakos pradiniam kuloniniam efektyvumui, bet ir gali sukelti šalutines reakcijas elektrodo{7}}elektrolito sąsajoje, paspartindamas elektrodo senėjimą. Todėl, nors anglies medžiagos įvedimas tam tikru mastu sumažina silicio plėtimąsi ir padidina bendrą laidumą, struktūrinio stabilumo, didelio laidumo ir sąsajos stabilumo suvienodinimas medžiagos projektavimo lygmeniu išlieka pagrindiniu iššūkiu atliekant dabartinius silicio -anglies anodo tyrimus.
Ⅱ. Silicio{1}}kompozitų struktūros optimizavimo strategijos
(1) Pagrindinis-apvalkalo struktūros dizainas
Atliekant silicio{0}}anglies anodo tyrimus, Si@C šerdies{1}}apvalkalų struktūros yra brandžios ir labai kontroliuojamos. Šioje struktūroje kaip pagrindinė aktyvioji medžiaga naudojamos silicio dalelės, padengtos ištisiniu tankiu anglies apvalkalu. Anglies sluoksnis pasižymi geru elektroniniu laidumu, efektyviai padidindamas bendrą medžiagos laidumą, taip pat suteikia tam tikrą lankstumą ir mechaninį stiprumą, kad sumažintų vidinį įtempį, susidarantį dėl silicio tūrio pasikeitimo litavimo / delitacijos metu, taip sumažinant dalelių įtrūkimo ir struktūrinio gedimo riziką. Mūsų įmonė teikiabaterijų tyrimų ir plėtros įrangairpritaikyti akumuliatorių gamybos sprendimaikurios gali padėti kurti ir išbandyti tokias pažangias medžiagas.
(2) Poringų konstrukcijų pristatymas
Siekiant dar labiau sušvelninti struktūrinius pažeidimus dėl tūrio padidėjimo, poringų struktūrų įvedimas yra veiksmingas papildomas metodas. Mikron{1}} arba nano- mastelio porų sukūrimas kompozite ne tik padidina elektrolitų prasiskverbimą ir skatina ličio- jonų difuzijos kinetiką, bet ir suteikia erdvės plėtimuisi, taip pagerinant bendrą elektrodo stabilumą. Didelis specifinis paviršiaus plotas iš porėtos struktūros gali skatinti stabilų SEI plėvelės susidarymą, vėliau pagerindamas pradinį kuloninį efektyvumą. Tyrimai, susiję su akytų silicio dalelių dengimu aktyvuota anglimi, sukūrė kompozitą, kurio savitasis paviršiaus plotas yra 183 m²/g, o pradinis kuloninis efektyvumas padidėjo iki 83,6%.
(3) 3D laidžių tinklų kūrimas
Siliciui būdingas mažas laidumas, todėl jis yra linkęs į reakcijos histerezę, o talpa nyksta dirbant dideliu{0}}greičiu. Siekdami išspręsti šį apribojimą, mokslininkai pristato laidžias medžiagas, tokias kaip grafenas ir anglies nanovamzdeliai, kad sukurtų 3D laidžius tinklus, siekdami užtikrinti stabilius, nuolatinius elektronų laidumo kelius tarp silicio dalelių. Tai žymiai padidina greičio galimybes ir pagerina greito įkrovimo / iškrovimo galimybes.
Pavyzdžiui, anodo medžiaga, naudojanti daugiasienius anglies nanovamzdelius (MWCNT) kaip karkasą, sudarytą iš silicio dalelių, kad sudarytų hierarchinę tinklo struktūrą, gali išlaikyti specifinę 1200 mAh/g talpą esant 2C greičiui, o tai yra žymiai didesnė nei nesudėtiniai valdikliai (žr. 1 pav.). Be to, įtraukus grafeno sluoksnius, dar labiau sustiprinama mechaninė atrama, sinergizuojama su CNT, kad būtų veiksmingai pagerintas bendras struktūrinis stabilumas. Norėdami integruoti tokias pažangias medžiagas į gamybą, apsvarstykite mūsųBaterijų gamybos linijos sprendimai iki raktųsukurtas didelio našumo{0}}baterijoms gaminti.
(4) Sąsajų stabilumo reguliavimas
Sąsajų reakcijos važiuojant dviračiu daro didelę įtaką silicio{0}}anglies anodo stabilumui. Silicio dalelių paviršiai lengvai stipriai reaguoja su elektrolitu litavimo metu, sukeldami pakartotinį SEI plėvelės lūžimą ir regeneraciją, o tai sunaudoja aktyvųjį litį ir sumažina kulonų efektyvumą. Įprasti metodai apima azoto- legiruoto anglies dangos sluoksnių įdėjimą ant silicio dalelių paviršių, apdorojimą fluorinimu, kad susidarytų stabilios LiF-turtingos SEI struktūros, ir funkcinių priedų, pvz., fluoretileno karbonato (FEC), įdėjimas į elektrolitą, siekiant dar labiau sustiprinti SEI plėvelės tankį ir suspaudimo pusės vientisumą. Bandymų duomenys rodo, kad į elektrolitą pridėjus 5 % FEC, po 100 ciklų silicio-anglies anodų talpa išlaikoma beveik 20 % ir akivaizdžiai sumažėja negrįžtama talpa.
Ⅲ. Silicio-anodų paruošimo būdai ir padidinimo{1}}iššūkiai
(1) Pagrindinių paruošimo metodų būklė
Dabartiniai silicio -anglies kompozitinių anodų paruošimo metodai visų pirma apima sol-gelį, mechaninį rutulinį frezavimą ir cheminį nusodinimą iš garų (CVD). Sol-gelio metodas tolygiai išsklaido pirmtakus tirpale, konvertuodamas geliu ir termiškai apdorojant, sukuriant kompozicines struktūras, pasižyminčias geru sąsajų sukibimu ir dideliu dispersiškumu. Šis metodas turi pranašumų kontroliuojant mikrostruktūrą, tačiau yra labai jautrus temperatūrai ir pH, apima ilgus apdorojimo ciklus ir netinka serijinei gamybai. Mechaninis rutulinis frezavimas yra gana plačiai naudojamas pramoninėje bandomojoje gamyboje dėl paprastos įrangos ir mažo energijos suvartojimo. Tai gali būti atliekama kambario temperatūroje, bet blogai kontroliuoja anglies dangos vienodumą; vietinė aglomeracija silpnina medžiagos konsistenciją ir stabilumą. CVD gali sudaryti tankius, kontroliuojamo storio anglies apvalkalus esant santykinai žemai temperatūrai, todėl jis ypač tinka pagrindinių -apvalkalų struktūroms. Tačiau šis procesas susiduria su kliūtimis, pvz., didelėmis investicijomis į įrangą, ilgais reakcijos ciklais ir ribotais pajėgumais, o tai trukdo patenkinti didelius{10}}gamybos poreikius.TOB NAUJA ENERGIJAspecializuojasibaterijų bandomosios linijos sprendimaikurie gali padėti išplėsti šiuos laboratorinius{0}}procesus.
(2) Sąnaudų struktūra ir industrializacijos kliūtys
Pagrindiniai silicio{0}}anglies medžiagų industrializacijos sąnaudų šaltiniai yra silicio žaliavos apdorojimas, anglies šaltinio pasirinkimas, terminio apdorojimo energijos sąnaudos ir bendras proceso sudėtingumas. Tradiciniai didelio -grynumo nano-silicio milteliai palaipsniui keičiami rutuliniais-smulkintais natūralaus silicio milteliais dėl didelių sąnaudų ir išteklių apribojimų. Tačiau natūralaus silicio dalelės paprastai yra didesnės, o paviršiniai oksido sluoksniai yra storesni, todėl reikia atlikti kelis išankstinio apdorojimo etapus, pvz., plovimą rūgštimi ir didelės-energijos rutulinį frezavimą, o tai padidina aplinkos naštą. Anglies šaltinio pasirinkimas tiesiogiai veikia medžiagos laidumą ir dangos kokybę. Įprasti anglies šaltiniai yra grafitas, acetileno juodoji medžiaga, gliukozė, sacharozė ir poliakrilnitrilas, kurių laidumas, plėvelės formavimo savybės ir kaina labai skiriasi, todėl reikia tinkamos formulės ir parinkimo pagal paskirtį. Nors dėl įvairių procesų buvo pasiektas medžiagų našumo optimizavimas laboratorijose, jiems dažnai būdingos „mažo derlingumo - didelio energijos suvartojimo - nestabilumas“. Pavyzdžiui, nors CVD suteikia aukštos kokybės anglies dangą, jos našumą riboja reaktoriaus tūris, todėl sunku patenkinti masinės gamybos poreikius.TOB NAUJA ENERGIJAsiūlo išsamųakumuliatoriaus medžiagų tiekimasir gali patarti dėl medžiagų pasirinkimo ir tiekimo pagal jūsų konkrečią paskirtį ir mastą. Be to, mūsų patirtisnaujos-kartos akumuliatorių technologijos palaikymas(pvz., -kietojo kūno baterijos, natrio-jonų baterijos ir t. t.) gali padėti išspręsti sudėtingas pažangių medžiagų integravimo problemas.
