[Texte / faction au lithium] Une batterie lithium-ion ayant une densité d'énergie élevée, haute tension à circuit ouvert, longue durée de vie de cycle, etc., sont largement utilisés dans les ordinateurs, les téléphones portables, l'EV, et d'autres appareils électroniques portables. degré élevé de courant de la batterie au lithium commercial, de lithium comme les quatre principaux matériau (matériau de cathode, anode matériau, un séparateur, un électrolyte) une, la performance du matériau d'électrode négative a un impact important sur les performances de la batterie, le type de matériau d'électrode négative 1 Fig. Les fabricants de lithium actuellement sur le marché principalement matériau de graphite sélectionné en tant que matériau d'électrode négative d'une batterie au lithium, le carbone graphite appartient à un matériau d'électrode négative comprenant du graphite naturel et le graphite artificiel.
1. anode de lithium figure type de matériau
Est un matériau d'électrode négative graphite idéale, car il a une bonne stabilité du cycle, une excellente conductivité et a un bon espace de lithium structure en couches, sont largement utilisés dans les batteries au lithium. Comme l'état continue d'améliorer les exigences de performance pour pile au lithium, du graphite comme matériau d'électrode négative est déficiences progressivement révélé, par exemple g faible capacité (372mAh / g), une structure en couches pelées plus facilement lorsque le nombre de cycles, etc., ce qui limite le rapport de lithium et d'améliorer encore la performance énergétique. Les scientifiques de matériaux engagés à trouver une alternative aux matériaux d'anode de carbone.
Etant donné que l'alliage binaire de silicium avec du lithium peut être, et une capacité théorique élevée (4200mAh / g) de préoccupation. En outre, le silicium a aussi une plate-forme de lithium de désorption à basse pression (inférieure à 0.5VvsLi / Li +), une faible réactivité avec la solution électrolytique, abondant dans la croûte terrestre, à faible prix, etc., est un matériau d'anode de lithium très prometteur .
Figure 2. Comparaison de la structure du graphite et de silicium
Cependant, l'électrode de lithium négative ayant du silicium comme un défaut fatal, des ions lithium qui sortent de la matière d'électrode positive est incorporé dans le réseau cristallin de silicium entre la charge, ce qui entraîne une expansion importante (environ 300%), un alliage de lithium de silicium. Décharge des ions lithium libéré du interstitielle, et est devenu un grand espace est formé. cristal de silicium utilisé seul comme négatif électrode matière sujette à des problèmes suivants:
En premier lieu, le processus de désintercalation, un volume important de la modification de cristal de silicium, l'effet de volume si facilement provoquer le décollement du matériau de l'anode de silicium hors du collecteur de courant, résultant en feuille feuille corrosion électrochimique électrode et les courts-circuits provoqués par le phénomène, affecter la vie de la batterie et la sécurité.
En second lieu, pour les mêmes éléments du groupe principal de carbone de silicium, formera également un revêtement SEI sur la surface de silicium à la première charge et de décharge, mais étant donné que le volume des effets écaillage de silicium causée par plusieurs reprises provoquer la destruction et reconstruction du SEI, augmentant ainsi le Li ions consumés, affectent en fin de compte la capacité de la batterie.
La liaison du matériau de carbone et les avantages et les inconvénients d'un matériau de silicium, un composite est souvent utilisé à la fois pour maximiser améliorer leur utilité. Le matériau composite peut être généralement divisés en deux catégories en fonction du type du matériau de carbone: les composites carbone-silicium et de silicium-carbone nouveau matériau composite traditionnel. Elle se réfère aux composites conventionnels dans lesquels le silicium et le graphite, le MCMB, les matériaux composites tels que le noir de carbone, le nouveau matériau composite de carbone de silicium se réfère à des nanotubes de silicium et de carbone, et le graphène nouveau nanocomposite de carbone. Différents modes de liaison formée entre des matériaux différents, la matière de silicium-carbone mode composite / configuration sont les suivantes:
Structure de noyer
3. La figure Walnut structure composite silicium-carbone
Noyer structure composite de carbone de silicium est une structure poreuse constituée de particules de silicium, puis le matériau de carbone introduit dans le silicium poreux est formé, comme représenté sur la Fig. Cette structure nano-micron résout efficacement le problème du micron et un matériau nano-silicium dans la charge et de décharge, présente d'excellentes propriétés électrochimiques. A une densité de courant de 1A / g après 200 charge et de décharge peut être maintenu anneau 1459mAh / g de capacité réversible. A une densité de courant de 12.8A / g, et encore 700mAh / g de capacité réversible. D'excellentes propriétés du matériau à partir des particules de silicium nanométriques dimensions et Unicom réseau poreux de carbone.
professeur de l'Université Shandong Ci Lijie liaison de silicium et de graphène, et réduit in situ par un procédé dealloying préparer avec succès un matériau de silicium / oxyde de graphène réduit poreux (P-Si / RGO) en forme de noix ayant d'excellentes propriétés électrochimiques , comme représenté sur la Fig.
4. silicium poreux noyer FIG / réduit l'oxyde de graphène
Deuxièmement, la structure gaine
structure noyau-enveloppe est un type universel de composite, le matériau de carbone est enveloppé dans une couche extérieure des particules de silicium pour former un matériau composite. Après le revêtement de carbone, la surface conductrice du matériau de silicium peut améliorer les propriétés du matériau, un matériau de carbone ayant une certaine dureté, à l'agglomération d'évitement et de lithium désorber dilate le volume de matériau entre le processus de particules de silicium, tandis que le film SEI formée sur la surface du matériau de carbone, est supprimée dégâts d'érosion du matériau d'électrode négative de l'électrolyte, ce qui augmente la durée de vie, d'améliorer la capacité de débit. matériau de carbone de noix par rapport aux structures de silicium, un matériau de carbone revêtu de silicium de la structure contient plus la teneur en silicium, ce qui améliore considérablement l'espace de lithiation, en outre, la pulvérisation de particules de silicium gonfler phénomène réduit beaucoup.
Par matériau de silicium revêtu de carbone, construire la structure noyau-enveloppe, aide à améliorer la stabilité du cycle de la matière. Cependant, lorsque le carbone pyrolytique dans la structure en carbure de silicium core-shell revêtu sans lacunes dans la surface des particules de silicium, puisque le volume de l'effet de nucléation de silicium lithiation est trop grande, cela provoquera la totalité des particules à noyau-enveloppe gonflent, ou même conduire à l'apparition de la surface de la couche de carbone rupture, l'effondrement de la structure composite, une diminution de la stabilité du vélo rapidement. Pour résoudre ce problème, certains chercheurs partent de l'aspect du renforcement des propriétés mécaniques de la coque, conçu une structure à double coque, représentée sur la figure 5. Tout d'abord, la surface revêtue de SiO2 de particules de silicium, puis revêtue d'une couche de matériau en carbone, après que la surface des particules composites, qui peuvent atténuer efficacement le matériau composite changements structurels pour améliorer la durée de vie des batteries au lithium.
La structure à double revêtement de la Fig.
Trois encastrement de la structure composite ternaire
structure en carbone de silicium incorporé souvent réalisée dans le nouveau matériau composite silicium-carbone, tel que le silicium / CNT, composite silicium / graphène. La figure 6 est un silicium, des matériaux de carbone, et le diagramme de structure du composite CNT des trois, première revêtue d'une couche de silicium sur les particules de carbone, des nanotubes de carbone attachés à la surface, puis, après que ces matières provoquent sphérique. Silicon surface des particules film de carbone enroulé, l'épaisseur du film de cette couche est une nano-échelle (10-20 nanomètres), en ce que la couche de film adhésif de nanotubes de carbone. De telles particules de silicium est rempli entre les nanotubes de carbone, à la fois de jouer le rôle d'un conducteur, mais aussi jouer un rôle dans l'absorption de l'expansion du volume de particules de silicium. Enfin, l'adhérence de ces composites de nanotubes de carbone et de silicium, fabriqué par séchage par pulvérisation dans une capsule granulés, les granulés de taille de particule d'environ 10 microns, microscope électronique à balayage de la figure particules composites 7.
6. Structure composite figure enrobage trois yuan
7. La figure trois yuan électrode négative composite de carbone de silicium incorporé matériau SEM
Four structure de remplissage de la gaine ternaire
Institute of Physics, Chemistry carbone pastèque est une structure composite de silicium hautement développé, comme représenté sur la Fig. Silicium dopé et ensemble composite nano-graphite, après quoi une couche externe de matériau d'enveloppement de carbone pour former une pastèque matériau composite silicium-carbone d'une structure similaire. Cette structure permet de réduire efficacement le changement de volume et la fragmentation à une densité élevée de particules de compactage de l'électrode. Sur la base de l'examen de l'application réelle, l'électrode négative préparée en carbone de silicium ayant une 620mA de capacité réversible adapté · h / g, et plus de 500 montre la stabilité du vélo à la capacité de la surface de l'anneau supérieur (2.54mA · h / cm2) et d'excellentes performances de taux.
8. modèle de structure gaine remplie figure trois yuan
Préparation d'un composite carbone-silicium a un procédé de broyage à billes, un procédé de pyrolyse, procédé de dépôt chimique en phase vapeur, un procédé de dépôt par pulvérisation cathodique, un procédé d'évaporation et analogues. Ainsi, la structure du carbone et du silicium constitué d'une variété de matériaux, mais qui sont dans la capacité de levage de la pile au lithium, ce qui réduit les idées de conception pulvérisation de particules de silicium expansion des inconvénients.
A propos de silicium conditions du marché carbone de négatifs, les fabricants nationaux tels que matériau d'anode Shanshangufen, Capital Pavilion Jiangxi, Shenzhen et d'autres matériaux d'anode de carbone de silicium de production de mise en page à long BTR, a lancé plusieurs matériau d'anode silicium-carbone, et a un certain la capacité de production, une partie des entreprises de production marché de lithium ont adopté le matériau composite silicium-carbone en tant que matériau d'électrode négative, une batterie au lithium, les entreprises de batteries domestiques, Chine Xuan Tech, BYD, CATL, la puissance de Dieu, le A123 universel, la puissance micro-macro qui sont silicium le développement et la production d'un système de carbone de test négatif est effectué, les entreprises étrangères, Tesla par addition de 10% de graphite artificiel en matériau à base de silicium, du carbone de silicium comme l'électrode négative de la batterie Model3 nouveaux matériaux, la capacité de la batterie a atteint 550mAh / g, et la densité d'énergie de la batterie de jusqu'à 300Wh / kg.
GS Yuasa du Japon a introduit un matériau d'électrode négative de silicium pour une batterie au lithium, et appliquée avec succès dans Mitsubishi, Hitachi Maxell annonce qui ont été mis au point pour atteindre la batterie au lithium de capacité de courant d'anode haute teneur en silicium. anode de silicium-carbone pour la production et l'utilisation sont en plein essor, je crois que les matériaux d'anode saut silicium-carbone en 2018 sera la qualité et la quantité du marché du lithium.
