Was ist das Problem bei Lithium-Ionen-Batterien, die Siliziumkristalle allein als negatives Elektrodenmaterial verwenden?

Die Batterieabdeckung ist eine quadratische Batterieabdeckung, die die blanke Zelle von außen abdichtet. Jede der Vierkantbatterien besteht aus einer Abdeckung und einem Gehäuse. Die Abdeckung besteht hauptsächlich aus einem Abdeckstück, einer positiven und einer negativen Säule und einem explosionsgeschützten Ventil, das aus mehreren Teilen besteht.

Die Struktur von Silizium unterscheidet sich von der von Graphit (siehe Abbildung unten). Der energiespeichermechanismus ähnelt dem von Metallmaterialien durch Legieren und Entlegieren mit Lithiumionen. Die Lade-Entlade-Elektrodenreaktion kann wie folgt geschrieben werden:

Si + xLi ++ xe- → LiXSi

Wie aus der Figur ersichtlich ist, werden Lithiumionen während des Ladens vom positiven Elektrodenmaterial getrennt und zwischen den Kristallgittern innerhalb des Siliziumkristalls interkaliert, wodurch eine große Ausdehnung (etwa 300%) eine Silizium-Lithium-Legierung bildet. Lithiumionen werden während der Entladung vom Kristallgitter getrennt und es entsteht eine große Lücke.

Die Verwendung eines Siliziumkristalls allein als negatives Elektrodenmaterial verursacht leicht die folgenden Probleme:

Erstens hat sich beim Deinterkalationsprozess das Volumen des Siliziumkristalls erheblich verändert. Ein solcher Volumeneffekt führt leicht dazu, dass das Siliziumanodenmaterial vom Stromkollektor abgezogen wird, was zu elektrochemischer Korrosion und Kurzschluss der freiliegenden Polstückfolie führt. Beeinträchtigen Sie die Sicherheit und Lebensdauer der Batterie.

Zweitens ist Siliziumkohlenstoff das gleiche Hauptgruppenelement, und SEI wird auch während des ersten Ladens und Entladens auf die Siliziumoberfläche aufgetragen. Das durch den Volumeneffekt von Silizium verursachte Ablösen verursacht jedoch eine wiederholte Zerstörung und Rekonstruktion von SEI, wodurch Lithium erhöht wird. Der Verbrauch von Ionen beeinflusst letztendlich die Kapazität der Batterie.

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