成年轻人网站色直接看视频

當前位置:納米氮化硼_納米氮化鋁_納米碳化硅_納米碳化鋯_納米氮化鈦_上海超威納米科技有限公司 > 新聞動態 > 行業新聞動態 > 內容詳情

為什么說硅碳材料是有潛力的鋰電池負極

  上海超威納米科技有限公司計劃于2019年穩定供應年產能200噸納米硅粉應用于鋰電池硅碳負極材料中。
         前言

新能源汽車領域的日趨火爆,吸引著國內外大量企業前赴后繼奔赴“戰場”,并不新鮮的錳酸鋰技術卻似乎又開始綻放出引人注目的色彩。技術創新固然可喜,但尋找性價比更高、儲藏量更大、具有更多定價話語權的新原材料,才是提升行業終端降本增效能力的治本之法。
      硅是目前人類至今為止發現的比容量(4200mAh/g)最高的鋰離子電池負極材料,是一種最有潛力的負極材料,但硅作為鋰電池負極應用也有一些瓶頸,第一個問題是硅在反應中會出現體積膨脹的問題。通過理論計算和實驗可以證明嵌鋰和脫鋰都會引起體積變化,這個體積變化是320%。所以不論做成什么樣的材料,微觀上,在硅的原子尺度或者納米尺度,它的膨脹是300%。在材料設計時必需要考慮大的體積變化問題。高體積容量的材料在局部會產生力學上的問題,通過一系列的基礎研究證明,它會裂開,形成嚴重的脫落。
硅體積膨脹會導致一系列結果

1.顆粒粉化,循環性能差


為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極

2. 活性物質與導電劑粘結劑接觸差
為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極

第二個問題就是在硅表面的SEI膜是比較厚且不均勻的,受溫度和添加劑的影響很大,會影響鋰離子電池中整個比能量的發揮。

為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極

石墨表面因為導電性特別好,相對來說SEI膜比較均勻,它的組成跟硅負極不一樣。為了研究這個問題,中科院相關科學家做了模型材料,通過微加工做成硅納米柱。觀察這種材料在充放電過程中SEI膜的生長,我們發現隨著循環次數的增加,SEI膜逐漸把硅柱中間的空隙填上,覆蓋完后還會繼續生長大概4.5µm,在硅表面如果不加任何處理,SEI膜可以長得很厚。這說明它是多孔的,溶劑始終能夠接觸到浸到硅的表面,這樣在全電池設計時是不行的。怎么樣解決這個問題,中科院科相關學家做了一些嘗試在硅上做了碳包覆,為了做對比,我們硅上只做了部分的石墨烯包覆,其他地方空出來。最終看到包覆和不包覆SEI膜的生長情況不一樣,碳包覆的SEI膜就明顯減少,沒有包覆的SEI膜就有很多。

為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極

從長期的基礎研究來看,①通過硅粉納米化;②硅碳包覆;等技術手段可以有效解決硅在鋰電池負極應用中遇到的問題。無論是納米硅碳還是氧化亞硅碳,硅力求做到以下幾點:

硅粒徑:<20nm(理論上越小越好)

均勻度:標準偏差小于5nm

純度:>99.95%

形貌:100%球形率

另外,完整的表面包覆非常重要,防止硅和電解液接觸,產生厚的SEI膜的消耗。微觀結構的設計也很重要,要來維持在循環過程中電子的接觸,離子的通道,體積的膨脹。

為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極

碳包覆機理在于:Si的體積膨脹由石墨和無定形包覆層共同承擔,避免負極材料在嵌脫鋰過程因巨大的體積變化和應力而粉化。碳包覆的作用是:

(1)約束和緩沖活性中心的體積膨脹

(2)阻止納米活性粒子的團聚

(3)阻止電解液向中心滲透,保持穩定的界面和SEI

(4)硅材料貢獻高比容量,碳材料貢獻高導電性

硅碳負極具有非常廣闊的市場空間

負極材料技術相對比較成熟,且其集中度較高,產能由日本向中國轉移比較明顯。目前負極材料以碳素材料為主,占鋰電池成本較低,在國內基本全面實現產業化。從區域看,中國和日本是全球主要的產銷國,動力電池企業采購負極主要來自于日本企業。

2012-2016年中國負極材料產量情況(萬噸)

為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極

2015 年,全球負極材料總體出貨量為11.08 萬噸,同比增長29.59%。其中中國負極材料的出貨量達到7.28 萬噸,同比增長41.1%,占比高達 66%。近幾年,隨著中國生產技術的不斷提高,中國又是負極材料原料的主要產地,鋰電負極產業不斷向中國轉移,市場占有率不斷提高。硅碳負極材料是未來鋰電池負極材料最具應用潛力的,可見硅碳負極材料的市場容量有多大,這也解釋了目前為何有眾多企業和研究單位布局硅碳負極材料。

為什么說硅碳材料是最有潛力的鋰電池負極上海超威納米科技有限公司計劃于2019年穩定供應年產能200噸納米硅粉應用于鋰電池硅碳負極材料中。

文章來源專欄:

產品目錄

電 話:021-69898246 傳 真:021-69898179 手 機:13918946092 地 址:南翔高科技園區