Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien - Entdeckung von Silizium

Silizium ist derzeit das Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien mit der höchsten spezifischen Kapazität (4200 mAh / g). Aufgrund seines großen Volumeneffekts (> 300%) wird das Siliziumelektrodenmaterial jedoch beim Laden und Entladen pulverisiert und vom Strom abgezogen Kollektor. Der elektrische Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem aktiven Material, dem aktiven Material und dem Stromkollektor geht verloren und eine neue Festelektrolytschicht SEI wird kontinuierlich gebildet, was schließlich zu einer Verschlechterung der elektrochemischen Leistung führt. In den letzten Jahren haben Forscher viel geforscht und erforscht, versucht, diese Probleme zu lösen, und bestimmte Ergebnisse erzielt. Das Folgende ist eine kleine Serie, um einen Blick auf den Forschungsfortschritt in diesem Bereich zu werfen und weitere Forschungsrichtungen und Anwendungsperspektiven vorzuschlagen.

Lithiumentfernungsmechanismus und Kapazitätsabfallmechanismus von Silizium

Silizium hat keine Schichtstruktur aus Material auf Graphitbasis, und sein Lithiumspeichermechanismus ist der gleiche wie der anderer Metalle durch Legieren und Entlegieren mit Lithiumionen.

Beim Legierungs- und Entlegierungsprozess mit Lithiumionen unterliegt die Struktur von Silizium einer Reihe von Änderungen, und die strukturelle Umwandlung und Stabilität der Silizium-Lithium-Legierung stehen in direktem Zusammenhang mit dem Elektronentransport.

Gemäß dem Lithium-Deinterkalationsmechanismus von Silizium können wir den Kapazitätsabfallmechanismus von Silizium wie folgt klassifizieren: (1) Beim ersten Entladungsprozess werden mit abnehmender Spannung zuerst die beiden Phasen von interkaliertem Lithiumsilicium und nicht interkaliertem lithiumkristallinem Silizium gebildet Kern-Schale-Struktur. Mit zunehmender Tiefe der Lithiuminsertion reagieren Lithiumionen mit dem inneren kristallinen Silizium unter Bildung einer Silizium-Lithium-Legierung, die schließlich als Legierung von Li15Si4 vorliegt. Bei diesem Verfahren ist das Siliziumvolumen etwa dreimal so groß wie das des ursprünglichen Zustands. Der enorme Volumeneffekt führt dazu, dass die Struktur der Siliziumelektrode zerstört wird und das aktive Material und das aktive Material des Stromkollektors und das aktive Material den elektrischen Kontakt verlieren und das Lithiumion deinterkaliert wird. Kann nicht reibungslos verlaufen, was zu einer enormen irreversiblen Kapazität führt. (2) Der enorme Volumeneffekt beeinflusst auch die Bildung von SEI. Mit fortschreitender Deinterkalation von Lithium reißt der SEI der Siliziumoberfläche und dehnt sich mit der Volumenexpansion aus, wodurch der SEI immer dicker wird. Da die Bildung von SEI Lithiumionen verbraucht, verursacht dies eine große irreversible Kapazität. Gleichzeitig erhöht die schlechte Leitfähigkeit von SEI die Impedanz der Elektrode mit dem Lade- und Entladevorgang, behindert den elektrischen Kontakt zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material, vergrößert den Diffusionsabstand von Lithiumionen und behindert die Glätte Deinterkalation von Lithiumionen und verursachen einen schnellen Kapazitätsabfall. Gleichzeitig verursacht der dickere SEI auch eine größere mechanische Beanspruchung und eine weitere Beschädigung der Elektrodenstruktur. (3) Die instabile SEI-Schicht führt auch dazu, dass Silizium und Silizium-Lithium-Legierung in direktem Kontakt mit dem Elektrolyten verloren gehen, was zu einem Kapazitätsverlust führt.

Auswahl des Siliziummaterials und strukturelles Design

1. Amorphes Silizium und Siliziumoxide

(1) Amorphes Silizium

Amorphes Silizium hat eine höhere Kapazität bei niedrigen Potentialen und als negatives Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien eine höhere Sicherheitsleistung als Graphitelektrodenmaterialien. Amorphe Siliziummaterialien können jedoch Partikelbruch und Kreiden nur in begrenztem Umfang lindern. Die Zyklenstabilität kann die Anforderungen als negatives Elektrodenmaterial für hochleistungsbatterien immer noch nicht erfüllen.

(2) Siliziumoxid

Als negatives Elektrodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien hat SiO eine hohe theoretische spezifische Kapazität (1200 mAh / g oder mehr), eine gute Zyklusleistung und eine geringe Deinterkalation des Lithiumpotentials. Daher ist es auch ein vielversprechendes Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Kapazität . . Der Unterschied im Sauerstoffgehalt von Siliziumoxid beeinflusst jedoch auch dessen Stabilität und reversible Kapazität: Wenn der Sauerstoff im Siliziumoxid zunimmt, nimmt die Zyklusleistung zu, aber die reversible Kapazität nimmt ab.

Darüber hinaus weist Siliziumoxid als negatives Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien immer noch einige Probleme auf: Da der Bildungsprozess von Li2O und Lithiumsilikat während des ersten Lithiuminsertionsprozesses irreversibel ist, ist die erste Coulomb-Effizienz sehr gering; gleichzeitig Li2O und Lithiumkieselsäure Das Salz hat eine schlechte Leitfähigkeit, was die elektrochemische kinetische Leistung schlecht macht, so dass seine Geschwindigkeitsleistung schlecht ist. Im Vergleich zu elementarem Silizium weist Siliziumoxid als negatives Elektrodenmaterial eine bessere Zyklenstabilität auf, aber da die Anzahl der Zyklen weiter zunimmt, bleibt seine Stabilität sehr schlecht.

2. Niedrigdimensionales Siliziummaterial

Niedrigdimensionale Siliziummaterialien haben eine größere Oberfläche bei gleicher Masse, was einen ausreichenden Kontakt des Materials mit dem Stromkollektor und dem Elektrolyten erleichtert, Spannungen und Dehnungen aufgrund ungleichmäßiger Diffusion von Lithiumionen verringert und die Streckgrenze und Pulverbeständigkeit von verbessert das Material. Dies ermöglicht es der Elektrode, größeren Spannungen und Verformungen ohne Zerkleinerung standzuhalten, was zu einer höheren reversiblen Kapazität und einer besseren Zyklenstabilität führt. Gleichzeitig kann die größere spezifische Oberfläche einer höheren Stromdichte pro Flächeneinheit standhalten, so dass auch die Geschwindigkeitsleistung von niedrigdimensionalen Siliziummaterialien besser ist.

(1) Siliziumnanopartikel

Im Vergleich zu Mikron-Silizium weist das Elektrodenmaterial, das Silizium in Nanogröße verwendet, eine signifikante Verbesserung der elektrochemischen Leistung auf, unabhängig von der Kapazität des ersten Lade-Entlade-Verhältnisses oder der Zykluskapazität.

Obwohl die Nanosiliciumteilchen bessere elektrochemische Eigenschaften als die Mikro-Siliziumteilchen aufweisen, neigen die aktiven Siliziumteilchen bei einer Verringerung der Größe auf unter 100 nm zur Agglomeration während des Ladens und Entladens, und die Kapazität wird beschleunigt, und das Verhältnis ist größer. Die Oberfläche bewirkt, dass die Siliziumnanopartikel mehr Kontakt mit dem Elektrolyten haben und mehr SEI bilden, so dass seine elektrochemische Leistung nicht grundlegend verbessert wird. Daher wird Nanosilicium häufig in Kombination mit anderen Materialien wie Kohlenstoffmaterialien für Lithiumionenbatterieanodenmaterialien verwendet.

(2) Siliziumfilm

Beim Deinterkalieren von Lithium aus einem Siliziumfilm tendieren Lithiumionen dazu, in einer Richtung senkrecht zum Film zu verlaufen, und somit verläuft die Volumenexpansion des Siliziumfilms auch hauptsächlich entlang der normalen Richtung. Im Vergleich zu Bulk-Silizium kann die Verwendung eines Siliziumfilms den Volumeneffekt von Silizium wirksam unterdrücken. Im Gegensatz zu anderen Formen von Silizium benötigt Dünnschichtsilizium kein Bindemittel und kann zum Testen direkt als Elektrode in einer Lithiumionenbatterie verwendet werden. Die Dicke des Siliziumfilms hat einen großen Einfluss auf die elektrochemische Leistung des Elektrodenmaterials. Mit zunehmender Dicke wird der Deinterkalationsprozess von Lithiumionen gehemmt. Im Vergleich zu mikrometergroßen Siliziumfilmen weisen nanoskalige Silizium-Dünnschichtanodenmaterialien eine bessere elektrochemische Leistung auf.

(3) Silizium-Nanodrähte und -Nanoröhren

Gegenwärtig wurde hauptsächlich über Verfahren zur Synthese von Silizium-Nanodrähten in großen Mengen berichtet, einschließlich Laserablation, chemischer Gasphasenabscheidung, thermischer Verdampfung und direktem Wachstum von Siliziumsubstraten.

Silizium-Nanoröhren weisen aufgrund ihrer einzigartigen Hohlstruktur eine bessere elektrochemische Leistung als Silizium-Nanodrähte auf. Im Vergleich zu Siliziumpartikeln haben Silizium-Nanodrähte / -Nanoröhren während der Deinterkalation von Lithium keinen offensichtlichen lateralen Volumeneffekt und pulverisieren nicht und verlieren den elektrischen Kontakt wie Nano-Silizium-Partikel, sodass die Zyklenstabilität besser ist. Aufgrund des kleinen Durchmessers ist die Deinterkalation von Lithium schneller und gründlicher, und die reversible spezifische Kapazität ist ebenfalls hoch. Die größere freie Oberfläche innerhalb und außerhalb der Silizium-Nanoröhren ist gut an die radiale Volumenexpansion angepasst, was zu einem stabileren SEI während des Ladens und Entladens führt, was zu einer höheren Coulomb-Effizienz führt.

3. Poröses Silizium und Silizium mit Hohlstruktur

(1) Poröse Siliziumstruktur

Die geeignete Porenstruktur kann nicht nur die schnelle Deinterkalation von Lithiumionen im Material fördern, die Geschwindigkeitsleistung des Materials verbessern, sondern auch den Volumeneffekt der Elektrode während des Ladens und Entladens puffern, wodurch die Zyklenstabilität verbessert wird. Bei der Herstellung poröser Siliziummaterialien kann die Zugabe von Kohlenstoffmaterialien die elektrische Leitfähigkeit von Silizium verbessern und die Elektrodenstruktur aufrechterhalten, wodurch die elektrochemische Leistung des Materials weiter verbessert wird. Übliche Verfahren zur Herstellung von Silizium mit poröser Struktur umfassen ein Templatverfahren, ein Ätzverfahren und ein thermisches Reduktionsverfahren für Magnesium.

In den letzten Jahren hat das Verfahren zur Herstellung von Materialien auf Siliziumbasis durch thermische Reduktion von Siliziumoxid durch Magnesium große Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen. Neben der Verwendung von kugelförmigem Siliciumdioxid als Vorstufe sind Silicalit-Molekularsiebe aufgrund ihrer porösen Struktur ein häufig verwendetes Verfahren zur Herstellung poröser Siliciummaterialien. Üblicherweise verwendete Siliziumoxidvorläufer sind hauptsächlich SBA-15, MCM-41 und dergleichen. Aufgrund der schlechten Leitfähigkeit von Silizium wird nach der thermischen Reduktion von Magnesium häufig eine Schicht aus amorphem Kohlenstoff auf die Oberfläche von porösem Silizium aufgetragen.

(2) Hohlstruktur-Silizium

Die Hohlstruktur ist ein weiterer Weg, um die elektrochemische Leistung von Materialien auf Siliziumbasis effektiv zu verbessern. Gegenwärtig ist das Verfahren zur Herstellung von hohlem Silizium hauptsächlich ein Schablonenverfahren. Obwohl die elektrochemische Leistung von hohlem Silizium ausgezeichnet ist, sind seine Herstellungskosten immer noch hoch und es gibt auch Probleme wie eine schlechte Leitfähigkeit. Durch das Entwerfen der Eigelb-Schalen-Struktur und das Steuern der Größe des Raums zwischen Eigelb und Eierschale, während die Volumenausdehnung des Siliziums effektiv gepuffert wird, kann der Kohlenstoff als Eierschale auch die Leitfähigkeit des Materials verbessern und somit ein Ei aufweisen Eigelb Eierschale. Der strukturelle Kohlenstoff-Silizium-Verbundstoff hat eine bessere Zyklenstabilität und eine höhere reversible Kapazität.

Herstellung von Verbundwerkstoffen auf Siliziumbasis

1. Siliziummetallverbund

Das Metall wird mit Silizium kombiniert, und das Metall kann eine bestimmte unterstützende Rolle spielen, wodurch die Volumenexpansion des Siliziums verhindert und der Pulverisierungsgrad während des Einfügens und Entfernens von Lithiumionen verringert wird. Wenn das Metall mit Silizium legiert wird, ist die freie Energie der Lithiuminterkalation geringer, was den Lithiuminterkalationsprozess erleichtert. Gleichzeitig kann die hervorragende elektrische Leitfähigkeit des Metalls die dynamischen Eigenschaften des Siliziumlegierungsmaterials verbessern. Daher kann die Kombination von Metall und Silizium die elektrochemische Leistung des Verbundwerkstoffs auf Siliziumbasis wirksam verbessern.

Obwohl die spezifische Kapazität des Si-aktiven Metalls hoch ist, wird auch das aktive Metall selbst pulverisiert, und daher ist die Zyklusleistung schlecht. Das inaktive Metall in dem Si-inaktiven Metallverbund ist eine inerte Phase, die die reversible Kapazität des Siliziummaterials stark verringert, aber die Stabilität ist leicht verbessert. Wenn Si mit einem aktiven Metall und einem inaktiven Metall gemischt wird, um einen Verbundstoff zu bilden, kann ein synergistischer Effekt verwendet werden, um ein Elektrodenmaterial auf Siliziumbasis mit hoher Stabilität und hoher Kapazität herzustellen.

2. Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial

Als negatives Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien weisen Kohlenstoffmaterialien eine geringe Volumenänderung während des Ladens und Entladens, eine gute Zyklusstabilität und eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit auf und werden daher häufig zur Rekombination mit Silizium verwendet. In dem Kohlenstoff-Silizium-Verbundanodenmaterial kann es je nach Art des Kohlenstoffmaterials in zwei Typen unterteilt werden: Silizium und herkömmliche Kohlenstoffmaterialien sowie Silizium und neue Kohlenstoffmaterialien. Zu diesen traditionellen Kohlenstoffmaterialien gehören hauptsächlich Graphit, Mesophasen-Mikrokugeln, Ruß und amorpher Kohlenstoff. Zu den neuen Kohlenstoffmaterialien gehören hauptsächlich Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanodrähte, Kohlenstoffgele und Graphen.

(1) Siliziumgraphit / Mesophase-Kohlenstoff-Mikrokügelchen-Verbundwerkstoff

Graphit hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und kann in Kombination mit Silizium das Problem der schlechten Leitfähigkeit des Materials auf Siliziumbasis selbst verbessern. Unter normalen Temperaturbedingungen weisen Silizium und Graphit eine starke chemische Stabilität auf und es ist schwierig, eine starke Kraft zu erzeugen. Daher werden häufig Hochenergie-Kugelmahlen und chemische Gasphasenabscheidung verwendet, um Siliziumgraphit-Verbundstoffe herzustellen.

Mesophasen-Kohlenstoffmikrokugeln sind graphitierte Kohlenstoffmaterialien in Mikrometergröße, die durch thermische Flüssigphasen-Polykondensation und Carbonisierung von asphaltischen organischen Verbindungen gebildet werden. Sie haben ausgezeichnete elektrochemische Zykluseigenschaften und werden heute häufig in kommerziellem Lithiumbatterieanodenmaterial verwendet. Ähnlich wie bei Graphit werden die Kohlenstoffmikrokugeln mit Mesophasenpech mit Silizium kombiniert, um die elektrochemische Leistung des Siliziumelektrodenmaterials zu verbessern.

(2) Siliziumruß-Verbundmaterial

Ruß hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, und Forscher haben versucht, Ruß mit Silizium für Anodenmaterialien für Lithiumionenbatterien zu kombinieren. Die Wissenschaftler erhielten die leitende Netzwerkstruktur, indem sie den Ruß bei einer hohen Temperatur behandelten, nacheinander Silizium und amorphen Kohlenstoff ablagerten und dann unter Verwendung eines Granulators ein Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial mit einer Größe von 15 bis 30 & mgr; m hoher reversibler Kapazität und Gutem erhielten Zyklusstabilität.

(3) Silizium-Kohlenstoff-Nanoröhrchen / Draht-Verbundwerkstoff

Eines der üblichen Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern ist ein Elektrospinnverfahren, bei dem ein Siliciumkohlefaserverbundmaterial durch Hinzufügen einer Siliciumquelle zu einem ausgewählten Vorläufer erhalten wird. Silizium-Kohlenstoff-Nanoröhrchen / Draht-Verbundwerkstoffe können auch durch direktes Mischen oder chemische Synthese hergestellt werden. Kohlenstoffnanoröhren / -drähte werden häufig als zweite Matrix verwendet, um als leitendes Netzwerk zu wirken.

Darüber hinaus ist die chemische Gasphasenabscheidung eine übliche Methode zur Herstellung von Nanodrähten und Nanoröhren. Die Kohlenstofffaser oder das Kohlenstoffröhrchen kann durch chemische Gasphasenabscheidung direkt auf der Siliziumoberfläche aufgewachsen werden, oder das Silizium kann direkt auf der Oberfläche des Kohlenstofffaser-Kohlenstoffröhrchens abgeschieden werden.

(4) Silizium-Kohlenstoff-Gel-Verbundstoff

Kohlenstoffgel ist ein nanoporöses Kohlenstoffmaterial, das durch ein Sol / Gel-Verfahren hergestellt wird. Das Kohlenstoffgel behält die Nanonetzwerkstruktur des organischen Aerogels vor der Karbonisierung bei und hat reichlich Poren und ein kontinuierliches dreidimensionales leitfähiges Netzwerk, das die Volumenexpansion von Silizium puffert. Aufgrund der großen spezifischen Oberfläche des Kohlenstoffgels ist die erste irreversible Kapazität des Siliziumkohlenstoffgelverbundes groß. Gleichzeitig erzeugt das Nanosilicium im Organogel während der Carbonisierung amorphes SiOX und wird leicht in Si und SiO2 zersetzt. Das Vorhandensein von SiO2 verringert die reversible Kapazität des Materials auf Siliziumbasis und beeinflusst die elektrochemischen Eigenschaften des Materials.

(5) Silizium-Graphen-Verbundmaterial

Graphen hat die Vorteile einer guten Flexibilität, eines hohen Aspektverhältnisses, einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit und stabiler chemischer Eigenschaften. Die gute Flexibilität macht es einfach, das Graphen mit dem aktiven Material zu kombinieren, um ein Verbundmaterial mit einer Beschichtung oder Schichtstruktur zu erhalten, und kann den Volumeneffekt während des Ladens und Entladens effektiv puffern. Im Vergleich zu amorphem Kohlenstoff weist zweidimensionales Graphen eine überlegene elektrische Leitfähigkeit auf, die einen guten elektrischen Kontakt zwischen Silizium und Silizium, Silizium und Stromkollektor gewährleisten kann. Graphen selbst ist auch ein ausgezeichnetes energiespeichermaterial. Wenn es mit Silizium kombiniert wird, kann es die Zyklusstabilität und die reversible Kapazität von Materialien auf Siliziumbasis erheblich verbessern. Gegenwärtig umfassen die üblicherweise verwendeten Verfahren zur Herstellung von Silizium-Graphen-Verbundmaterialien ein einfaches Mischverfahren, ein Vakuumverfahren, ein chemisches Aufdampfverfahren, ein Gefriertrocknungsverfahren, ein Sprühverfahren und ein Selbstorganisationsverfahren.

3. Andere Verbundwerkstoffe auf Siliziumbasis

(1) Verbundmaterial vom Siliziumverbindungstyp

Bei der Untersuchung des Verbundwerkstoffs vom Siliziumverbindungstyp als Matrix gibt es hauptsächlich TiB 2, TiN, TiC, SiC, TiO 2, Si 3 N und dergleichen. Das üblicherweise verwendete Herstellungsverfahren für solche Verbundwerkstoffe ist das Hochenergie-Kugelmahlen. Solche Materialien auf Siliziumbasis haben eine bessere Zyklusstabilität als reine Siliziumanodenmaterialien, aber die reversible Kapazität solcher Materialien ist im Allgemeinen gering, da keine Deinterkalation von Lithium in der Matrix vorliegt. .

(2) Siliziumleitfähiger Polymerverbundstoff

Das leitfähige Polymer hat die Vorteile einer guten elektrischen Leitfähigkeit, einer guten Flexibilität und eines einfachen strukturellen Designs, wodurch nicht nur der Volumeneffekt des Materials auf Siliziumbasis gepuffert wird, sondern auch ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor aufrechterhalten wird. Üblicherweise verwendete leitfähige Polymere sind hauptsächlich Polypyrrol, Polyanilin und dergleichen.

Optimierung des Elektrodenvorbereitungsprozesses

1. Elektrodenbehandlung

Neben der oben erwähnten Herstellung von Verbundelektroden auf Silizium- und Siliziumbasis mit unterschiedlichen morphologischen Strukturen zur Verbesserung der Stabilität und der reversiblen Kapazität von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis erreichten die Forscher das gleiche Ziel durch Wärmebehandlung der Elektroden.

Wissenschaftler verwenden Polyvinylidenfluorid als Bindemittel und fanden heraus, dass durch Wärmebehandlung das Bindemittel gleichmäßiger in der Elektrode verteilt und die Haftung zwischen Silizium und Stromkollektor verbessert werden kann. Zusätzlich wird PVDF als Bindemittel verwendet, das mit einem bestimmten Verhältnis von Nano-Silizium auf die Kupferelektrode aufgetragen wird. Die kohlenstoffbeschichtete Siliziumelektrode kann direkt durch schnelle Wärmebehandlung bei 900 ° C für 20 Minuten erhalten werden. Der Coulomb-Wirkungsgrad ist hoch, die Lade- und Entladekapazität ist groß und die Zyklusleistung ist gut. .

2. Die Wahl des Stromkollektors

Die große Volumenänderung von Silizium bewirkt eine Selbstpulverisierung, wodurch das aktive Material vom Stromkollektor abfällt und somit eine schlechte Zyklenstabilität verursacht. Die Aufrechterhaltung eines guten elektrischen Kontakts durch Verstärkung der Kraft zwischen dem Stromkollektor und dem Silizium ist ebenfalls eine der Modifizierungsmethoden. Der Stromkollektor für raue Oberflächen arbeitet besser mit Silizium, daher ist die Verwendung eines porösen Metallstromkollektors ein wirksames Verfahren zur Verbesserung der elektrochemischen Leistung von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis. Darüber hinaus kann die Herstellung des filmartigen Siliziums und des Verbundmaterials auf Siliziumbasis den Stromkollektor schonen und direkt für das negative Elektrodenmaterial der Lithiumionenbatterie verwendet werden, wodurch das Problem vermieden wird, dass das Material auf Siliziumbasis den elektrischen Kontakt verliert vom Stromabnehmer aufgrund des großen Volumeneffekts.

3. Auswahl des Bindemittels

Bei der Herstellung eines allgemeinen Lithiumionenbatterie-Elektrodenmaterials wird ein leitfähiges Mittel wie ein aktives Material, ein Bindemittel und Ruß üblicherweise in einem bestimmten Verhältnis in die Aufschlämmung eingemischt und dann auf einen Stromkollektor aufgebracht. Aufgrund des großen Volumeneffekts passt das herkömmliche Zement-PVDF nicht gut zu Siliziumelektroden. Daher kann die elektrochemische Leistung des Materials auf Siliziumbasis effektiv verbessert werden, indem ein Bindemittel verwendet wird, das sich an den Großvolumeneffekt von Silizium anpassen kann. In den letzten Jahren haben Forscher viel über Materialbindemittel auf Siliziumbasis geforscht. Die üblicherweise verwendeten Klebstoffe auf Siliziumbasis umfassen hauptsächlich Carboxymethylcellulose, Polyacrylsäure, Alginsäure und entsprechende Natriumsalze. Darüber hinaus haben Forscher Polyamide, Polyvinylalkohole, Polyfluorenpolymere und Klebstoffe mit selbstheilenden Eigenschaften untersucht und entwickelt.

4. Wahl des Elektrolyten

Die Zusammensetzung des Elektrolyten beeinflusst die Bildung von SEI und die elektrochemischen Eigenschaften von Kathodenmaterialien. Um einen einheitlichen SEI zu bilden, verbessern die Forscher die elektrochemischen Eigenschaften von Materialien auf Siliziumbasis durch Zugabe von Elektrolytadditiven. Die derzeit verwendeten Additive umfassen Lithiumboratdioxalat, Lithiumboratdifluoroxalat, Propylencarbonat, Bernsteinsäure, Vinylidencarbonat, Vinylidenfluoridcarbonat usw., wobei der beste Effekt Vinylidencarbonatcarbonat und Vinylidenfluoridcarbonatester ist.

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