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硅基負(fù)極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用

億富機(jī)械 2024-10-27 | 閱讀：729

隨著新能源汽車(chē),、儲(chǔ)能等市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展,，鋰電池及負(fù)極材料市場(chǎng)規(guī)模和技術(shù)水平持續(xù)提升，目前,，商用石墨負(fù)極材料比容量逼近石墨材料的理論比容量,，硅基負(fù)極材料商業(yè)化應(yīng)用得到進(jìn)一步提速。

硅基負(fù)極材料以其極高的理論比容量成為鋰離子電池負(fù)極材料研究的熱點(diǎn),。硅負(fù)極材料的理論比容量遠(yuǎn)高于商業(yè)石墨負(fù)極材料,，且工作電壓適中，這使得硅基負(fù)極材料在提升電池能量密度方面具有顯著優(yōu)勢(shì),。然而,，硅在充放電過(guò)程中的體積膨脹和收縮過(guò)大，導(dǎo)致材料開(kāi)裂,、破碎,，以及SEI膜的持續(xù)增厚，嚴(yán)重影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,。

為了解決硅基負(fù)極材料在鋰離子電池應(yīng)用中的缺陷,，研究人員提出了多種技術(shù)路線，包括納米化技術(shù),、復(fù)合材料技術(shù),、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面改性,、電解液優(yōu)化,、預(yù)鋰化、多孔硅和合金硅等,。

這些技術(shù)路線涵蓋了從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各個(gè)階段,，通過(guò)納米化和復(fù)合材料技術(shù)緩解體積膨脹問(wèn)題，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面改性提高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性,，并通過(guò)優(yōu)化電解液體系來(lái)增強(qiáng)電池的整體性能,。預(yù)鋰化技術(shù)可以提高初始庫(kù)倫效率，多孔硅結(jié)構(gòu)有助于緩解體積變化,，而合金硅則能提供更高的容量和穩(wěn)定性,。綜合應(yīng)用這些技術(shù)路線，有望實(shí)現(xiàn)高性能,、長(zhǎng)壽命和低成本的硅基負(fù)極材料,，推動(dòng)其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛普及。

目前硅碳材料和硅氧材料是硅基負(fù)極的兩條主要技術(shù)路線,。

其中,，硅碳負(fù)極材料以較高的首次庫(kù)倫效率著稱(chēng)，但其循環(huán)壽命有待提高,。通過(guò)實(shí)現(xiàn)硅材料的納米化,，可以減少在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的膨脹和破碎問(wèn)題，從而進(jìn)一步增強(qiáng)其循環(huán)壽命。相對(duì)地,，硅氧負(fù)極材料的主要優(yōu)點(diǎn)是其出色的循環(huán)穩(wěn)定性,，盡管首效較低。然而,，通過(guò)采用預(yù)鋰化等技術(shù)手段,，可以有效提升其首效,。

在商業(yè)化應(yīng)用方面,，目前，硅基負(fù)極材料的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的主要有碳包覆氧化亞硅,、納米硅碳,、硅納米線和無(wú)定型硅合金。其中,，碳包覆氧化亞硅和納米硅碳的商業(yè)化程度最高,，它們通常以5%-10%的比例摻入石墨中使用。近年來(lái),，硅基負(fù)極材料正逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,。

在固態(tài)電池領(lǐng)域，硅基負(fù)極材料以高的理論能量密度,、出色的快速充放電性能以及卓越的安全性能被認(rèn)為是固態(tài)電池負(fù)極材料的關(guān)鍵發(fā)展方向之一,。

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