Wie macht man das Anodenmaterial auf Siliziumbasis aus Lithium-Ionen-Batterien porös und nanometergroß?

Für die Modifikation von elementarem Silizium wird die Si-M-Legierung durch Einbau der zweiten Komponente gebildet, der Volumenexpansionskoeffizient der Siliziumlegierung wird verringert oder das Silizium wird durch verschiedene technische Techniken porös und nanoskalig gemacht und die Volumenexpansion von Silizium ist reserviert. Platz, wodurch die Auswirkung des Siliziumvolumeneffekts auf die Stabilität des Materialzyklus verringert wird.

Porosität von Silizium

Einerseits kann das poröse Silizium die spezifische Oberfläche des Silizium-Hauptmaterials in Kontakt mit dem Elektrolyten vergrößern, die Transporteffizienz von Lithiumionen in das Material verbessern, die Leitfähigkeit des Materials verbessern und andererseits die kann für Silizium beim Laden und Entladen verwendet werden. Die Volumenerweiterung reservierte Platz, Der Effekt der Reduzierung des Siliziumvolumeneffekts auf Polarfilme. Das poröse Silizium wurde allgemein als wirksames Mittel zur Lösung des Siliziumvolumeneffekts angesehen. Fig. 1 zeigt die SEM-Morphologie von porösem Silizium.

Tang et al. Herstellung von porösen Si / C-Verbundnegativelektrodenmaterialien mittels PVA-Kohlenstoffbeschichtung, HF-Säureätzen und Bitumensekundärbeschichtung. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem sekundär beschichteten Asphaltgehalt von 40% (Massenanteil) die Entladekapazität des Lade- und Entladezyklus in der zweiten Woche der Probe 773 mAh / g bei einer Stromdichte von 100 mA / g erreicht 60 Wochen Zirkulation blieb die spezifische Kapazität bei 669 mAh / g und die Kapazitätsverlustrate betrug nur 0,23% pro Woche. Das Material zeigte eine gute zyklische Stabilität.

Han et al. kombiniertes elektrochemisches Ätzen mit Hochenergie-Kugelschleifverfahren. Si vom P-Typ wurde als Grundplatte verwendet, HF-Lösung wurde als Ätzflüssigkeit verwendet, poröses Silizium-Dünnfilmmaterial mit einer Porosität von 70% wurde erhalten, und dann wurde die Kugel gemahlen und in PAN wärmebehandelt. Ein mit Kohlenstoff beschichtetes poröses Silizium-Negativelektrodenmaterial wurde hergestellt. Die reversible spezifische Kapazität der Probe nach 120 Zyklen unter 0,1 ° C beträgt 1179 mAh / g, was eine gute elektrochemische Leistung aufweist. Das Verfahren ist billig und für die großtechnische Herstellung poröser Siliziummaterialien geeignet.

Nanokristallisation von Silizium

Forscher von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis glauben im Allgemeinen, dass, wenn der Siliziummaßstab bis zu einem gewissen Grad klein ist, der Effekt des Siliziumvolumeneffekts relativ verringert werden kann und das Silizium kleiner Partikel mit der entsprechenden Dispersionstechnologie abgestimmt ist, und das ist es auch leicht genug für die Siliziumpartikel zu reservieren. Der Expansionsraum, also die Nanokristallisation von Silizium, wird als wichtiger Weg zur Lösung der Kommerzialisierung von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis angesehen.

Wang et al. verwendeten die ZnO-Nanodraht-Template-Methode, um Silizium-Nanoröhren-Arrays auf einer Kohlenstoffmatrix zu züchten, und verglichen die Auswirkungen der Kohlenstoffbeschichtung auf Silizium-Nanoröhren-Arrays. Die Ergebnisse zeigten, dass das Silizium-Nanoröhren-Array nach der Kohlenstoffbeschichtung eine gute zyklische Stabilität zeigte und die Entladungskapazität nach 100 Zyklen 3654 mAh / g erreichte.

Sun et al. verwendeten ein plasmaunterstütztes Entladungsverfahren zur Herstellung von Si / Graphit-Nanoblättern aus Nano-Silizium und expandiertem Graphit und verwendeten sie als Anodenmaterialien für lithium-ionen-batterien. Die Ergebnisse zeigen, dass die synthetisierte Si / C-Verbundprobe eine gute Zyklusstabilität aufweist und die spezifische Kapazität der Lithiuminterkalation 1000 mAh / g beträgt. Es gibt keinen Kapazitätsverlust bis zum Zyklus von 350 Wochen und die Coulomb-Effizienz liegt über 99%.

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