În mijlocul valului de tranziție energetică, inovația în tehnologia bateriei a devenit crucială pentru dezvoltarea dezvoltării în multe domenii. Silicon - Materiale anodice de carbon, o stea în creștere în litiu - materiale anodice ale bateriei ionice, apar treptat, oferind o nouă speranță pentru îmbunătățirea performanței bateriei și ruperea prin blocajele de densitate energetică existente. Dezvoltarea lor atrage o atenție considerabilă.
I. Prezentare generală a siliciului - Materiale anodice de carbon
(I) definiție și compoziție
Silicon - Materialele anodice de carbon sunt materiale noi anodice formate prin combinarea siliciului (SI) și a materialelor de carbon într -o manieră specifică. Silicon, cu capacitatea sa teoretică extrem de ridicată (aproximativ 4200 mAh/g), o depășește cu mult pe cea a materialelor tradiționale de anod grafit (capacitate specifică teoretică de aproximativ 372 mAh/g), ceea ce îl face o alegere ideală pentru creșterea densității energiei bateriei. Cu toate acestea, siliciul prezintă o expansiune a volumului de peste 300% în timpul încărcării și descărcării, un dezavantaj care își limitează sever aplicarea practică în baterii. Pe de altă parte, materialele de carbon au o conductivitate excelentă, stabilitate și un anumit grad de flexibilitate. Combinarea lor cu siliconul atenuează eficient schimbările de volum ale siliconului și îmbunătățește stabilitatea structurii electrodului. Cele două materiale se completează reciproc și formează împreună sistemul de bază al siliciului - materiale anodice de carbon.
(Ii) Istoric de dezvoltare
Odată cu avansarea rapidă a tehnologiei, diverse dispozitive electronice și noi vehicule energetice pun cerințe din ce în ce mai mari privind performanța bateriei, cum ar fi densitatea energetică și raza de acțiune. După ani de dezvoltare, performanța materialelor tradiționale de anod de grafit a atins limitele sale teoretice, ceea ce face dificilă satisfacerea cererii pieței pentru îmbunătățiri suplimentare ale performanței bateriei. Pe acest fundal, oamenii de știință și -au îndreptat atenția asupra materialelor bazate pe siliciu - și, prin explorarea continuă, au dezvoltat materiale de siliciu - materiale anodice de carbon, în speranța de a rupe impasul în îmbunătățirea performanței bateriei și de a propulsa industria aferentă într -o nouă etapă de dezvoltare.
Ii. Avantaje tehnice ale siliconului - Materiale anodice de carbon
(I) densitate energetică ridicată
Așa cum am menționat mai sus, capacitatea specifică ridicată a siliciului permite siliciului - materiale anodice de carbon să stocheze mai mulți ioni de litiu în baterii, îmbunătățind semnificativ densitatea energetică a bateriei. În comparație cu bateriile tradiționale de anoduri de grafit, bateriile echipate cu siliciu - materiale anodice de carbon pot obține comenzi de densitate de energie mai mare, oferind o durată de viață a bateriei de durată mai lungă - pentru dispozitivele electronice și o gamă de conducere mai lungă pentru vehiculele electrice. Acest lucru atenuează în mod eficient preocupările de alimentare insuficientă a bateriei în dispozitivele electronice și „anxietatea gamei” a vehiculelor electrice.
(2) Performanța temperaturii îmbunătățită -
Cercetările au arătat că materialele de siliciu - materiale anodice de carbon prezintă o stabilitate mai bună a ciclismului decât materialele anodului de grafit la temperaturi scăzute. În iernile reci, telefoanele mobile și vehiculele electrice folosind silicon - materiale anodice de carbon pot atenua eficient problema scurgerii rapide a bateriei, asigurându -se că dispozitivele pot continua să funcționeze în mod normal în medii de temperatură scăzute -, îmbunătățind semnificativ experiența utilizatorului.
(3) facilitează încărcarea rapidă
În timpul procesului de încărcare, ionii de litiu se încorporează în mod preferențial în siliciu și apoi în straturi de grafit. Această caracteristică a siliciului - materiale anodice de carbon crește potențialul mediu al anodului și reduce probabilitatea de placare cu litiu, facilitând încărcarea rapidă și satisfacerea cerințelor utilizatorilor pentru reumplerea rapidă a bateriei.
Proces de preparare pentru materiale anodice de carbon
(I) Frezarea mecanică a bilelor
Frezarea mecanică a bilelor este o metodă de pregătire relativ tradițională. Aceasta implică plasarea materiilor prime, cum ar fi pulberea de siliciu și pulberea de carbon într -o moară cu bilă. Rotația de viteză ridicată - a bilelor de măcinare face ca particulele de materie primă să se ciocnească, să se amestece și să se perfecționeze, obținând astfel un compozit de siliciu și carbon. Această metodă este relativ simplă și scăzută - cost, dar suferă de probleme precum uniformitatea de amestecare slabă și dificultatea în controlul precis al mărimii particulelor, ceea ce duce la o stabilitate limitată a performanței siliconului {- material anod de carbon.
(Ii) Depunerea de vapori chimici (CVD)
În ultimii ani, a apărut treptat o nouă generație de procese de pregătire, reprezentată de CVD. În BCV, gazul silan este pirolizat la temperaturi ridicate, ceea ce duce la precipitația și dispersia uniformă a nanoparticulelor de siliciu în porii de carbon poros. Acest cadru poros de carbon nu numai că atenuează în mod semnificativ extinderea siliciului în timpul încărcării și descărcării, dar oferă căi pentru transportul rapid de ioni de litiu, îmbunătățind efectiv performanța de încărcare rapidă a materialului -.
Silicon - Materialele cu electrod negativ cu carbon preparate prin metoda CVD au avantajele vitezei scăzute de expansiune, performanței ciclului excelent și densității energetice mai mari și sunt considerate a fi calea de preparare principală pentru următoarea generație de silicon - materiale cu electrozi negativi cu carbon.