Graphit gegen Siliziummaterialien

Graphitmaterial ist ein Veteran der Lithium-Ionen-Batterieindustrie und hat viele hervorragende Eigenschaften. Mit dem Aufkommen einer Gruppe von Hochleistungs-Negativmaterialien in den letzten Jahren hat es jedoch den Status von Graphitmaterialien bedroht und ein Drama der Liebe und des Todes aufgeführt. Siliziumnegative Materialien als herausragende Darstellung neuer Materialien und Graphit sind wirklich Liebe und Hass.

Die Silizium-Negativelektroden-Materialtheorie hat eine Kapazität von 4200 mAh / g oder mehr, was viel höher ist als die Graphit-Negativelektrode (372 mAh / g) und ein starker Konkurrent für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterie-Negativelektrodenmaterialien ist. Es gibt jedoch einen natürlichen Defekt in der negativen Siliziumelektrode. In die Si-Zelle eingebettetes Lithium führt zu einer ernsthaften Ausdehnung des Si-Materials, die sich auf 300% des Volumens ausdehnt, was zu einer positiven Materialausdehnung und Pulverisierung führt, was zu einer raschen Verringerung der Kapazität führt. Um diese Nachteile von Siliziumnegativpolen zu überwinden, kombinieren Wissenschaftler die beiden Materialien und verwenden Graphit, um die Nachteile von Siliziumnegativpolen zu überwinden. Obwohl Silizium ursprünglich die Graphitelegativelektrode ersetzen sollte, kamen die letzten beiden Materialien zusammen. Du hast mich und ich habe dich.

Gemäß der Verteilungsmethode von Silizium werden Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe hauptsächlich in Mantel-, Einbettungs- und molekulare Kontakttypen unterteilt. Entsprechend der Morphologie werden sie in körnige und dünne Filmtypen unterteilt. Entsprechend der Anzahl der Silizium-Kohlenstoff-Typen werden sie in binäre Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe und Silizium-Kohlenstoff-Mehrkomponenten-Verbundwerkstoffe unterteilt.

Es gibt viele Methoden zur Herstellung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen, wie z. B. das Hochenergie-Kugelschleifen (beide mechanische Aktivierungsmethoden. Das Hauptprinzip besteht darin, mechanische Energie zu verwenden, um chemische Reaktionen oder Änderungen der Struktur, Struktur und Eigenschaften des Materials zu induzieren.) , chemische Dampffällung (beide CVD-Verfahren), Sputter-Abscheidungsverfahren (dies ist das Hauptverfahren zur Herstellung von Membranmaterialien unter Verwendung von Gasentladung. Die erzeugten Ionen verursachen unter Einwirkung des elektrischen Feldes einen Hochgeschwindigkeitsbeschuss des Zielmaterials Atome im Zielmaterial entweichen und lagern sich auf dem Substrat ab, um einen dünnen Film zu bilden), Dampfplattierungsverfahren (Erhitzen und Verdampfen des Materials, Verdampfen des Materials und Abscheiden auf dem Substrat, um einen dünnen Film zu bilden), Hochtemperaturrissbildung Lösung usw ..

Gegenwärtig wird hauptsächlich das Hochtemperatur-Crackverfahren verwendet. Diese Methode ist im Vergleich zu anderen Methoden relativ einfach und hat gute Anwendungsaussichten. Die üblicherweise verwendete Methode besteht darin, die Nanopartikel in organischen Lösungsmitteln zu dispergieren und die entsprechende organische Substanz zuzugeben. Nach dem Trocknen tritt die Reaktionsrissreaktion bei einer hohen Temperatur unter Bildung eines Sicarbon-Verbundmaterials auf. Zum Beispiel fügte Pengei.G Nanometer Si, hexachlorcyclisches Triphosphonitril (HCCP) und 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfoxid (BSP) zu einer gemischten Lösung von Tetrahydrofuran und Ethanol hinzu und fügte dann Triethylamin (TEA) zur dezentralen Reinigung und Trocknung hinzu. Die Hochtemperaturrissbildung führt zu einem Si-C-Verbundmaterial mit einer spezifischen Kapazität von mehr als 1200 mAh / g und einer 40-Zyklus-Kapazitätsretentionsrate von 95,6%.

Hochenergetisches Kugelschleifen ist auch ein Forschungsschwerpunkt. Mit der mechanischen Energie, die beim Hochgeschwindigkeitskugelschleifen entsteht, wird die chemische Reaktion des Systems gefördert und das Zielprodukt zu geringeren Kosten erhalten. Zum Beispiel haben Chil.Hoon et al. Verwenden Sie ein Hochenergie-Kugelschleifverfahren, um zuerst Eisenpulver, Kupferpulver und Nanosiliciumpartikel miteinander zu mischen, und fügen Sie dann Graphit hinzu, um in dieser Kugel zu mahlen, um ein Fe-Cu / Si / C-Verbundmaterial zu erhalten.

Die Gasabscheidung ist eine im Labor häufig verwendete Methode. Pengei.G et al. verwendeten Gasabscheidung, um mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWNT) auf der Oberfläche von Nanometer-Si-Partikeln abzuscheiden, und Kohlenstoffnanoröhren bildeten ein gut leitendes Netzwerk. Die Kapazität und die zyklische Leistung der Verbundwerkstoffe sind sehr gut. Das anfängliche Ladeverhältnis kann 1592 mAh / g oder mehr erreichen. Nach 20 Zyklen kann die spezifische Kapazität immer noch 1400 mAh / g erreichen.

Derzeit gibt es viele Verfahren zur Herstellung von Si-C-Verbundwerkstoffen. Einige Verfahren (Sputter-Abscheidungsverfahren usw.) weisen eine sehr gute Recyclingleistung auf. Diese Verfahren zeigen jedoch derzeit, dass die Produktionskosten zu hoch sind, um in großem Maßstab hergestellt zu werden. Dies schränkt seine Anwendung in der Produktion ein. Gegenwärtig sind die praktischeren Verfahren das Hochtemperatur-Crackverfahren und das Hochenergie-Kugelschleifverfahren. Das Produkt mit besserer Leistung kann durch Optimierung des Prozesses erhalten werden.

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