Avec le développement rapide de la technologie des batteries, silicium devient progressivement un matériau d'électrode négative potentielle. Dès les années 1970, on a découvert la réaction électrochimique entre lithium (Li) et le silicium élémentaire (Si). Grâce au traitement par broyeur, par exemple : broyeur à boulets, le silicium peut être bien utilisé dans l'électrode négative de la batterie.
Le potentiel de réaction de l'alliage lithium-silicium (LixSi, 0 < x ≤ 4,4) diminue avec l'augmentation du degré de lithiation. En raison de ses excellentes propriétés, le silicium a attiré une attention considérable du monde universitaire et de l'industrie en tant que prochaine génération de matériaux d'électrode négative. Cependant, nous ne pouvons pas utiliser directement du silicium pur ou du silicium à haute teneur comme électrode négative de batterie. Pourquoi ? Analysons-le ci-dessous :
Raisons pour lesquelles le silicium pur ou le silicium de haute pureté ne peut pas être utilisé comme électrode négative
1. Le problème de l'expansion du volume
Le volume du silicium change de plus de 280% lorsqu'il est entièrement lithié. Le processus d'insertion du lithium est comme souffler de l'air dans un ballon dégonflé. ballon. À mesure que la teneur en gaz augmente, le ballon continue de se dilater. Le processus d'élimination des ions lithium est similaire au dégonflage d'un ballon, et le volume revient à sa taille d'origine.
Cependant, en tant que particule solide, le silicium n'a pas une bonne déformation élastique comme un ballon. Les particules de silicium, avec leur expansion et leur contraction continues, sont très susceptibles de provoquer de graves fissures et une pulvérisation du matériau de l'anode et de la couche d'électrode. Dans cette situation, une nouvelle interface entre le matériau de l'anode et l'électrolyte se formera, ce qui aura un impact négatif sur la consommation d'électrolyte et l'épaisseur du SEI.
2.Le problème de la conductivité électrique
La conductivité électronique du silicium de haute pureté (< 10−5 S/cm) et la vitesse de diffusion des ions lithium dans le silicium (10−14—10−13 cm2/s) sont bien inférieures à celles du graphite. La conductivité électronique affecterait la transmission des électrons dans le matériau de l'anode, un bon réseau conducteur est donc de la plus haute importance. De plus, la conductivité ionique affecterait le processus d'enrobage et d'extraction des ions lithium et raccourcirait la distance de transmission.
Alors, comment résoudre ce problème ? La réponse est de combiner du silicium et du graphite.
L'ajout de graphite au matériau en silicium permet d'atténuer le changement de volume de l'électrode composite intégrale. Dans des conditions de faible teneur en silicium (environ 20%), les principaux sites de réaction pour la formation de l'interface électrolyte solide (SEI) sont fournis par des particules de graphite. L'ajout de graphite au silicium peut améliorer la diffusivité de l'électrode et améliorer la capacité de traitement dans la fabrication de l'électrode, ce qui permet d'obtenir une densité énergétique plus élevée.
Perspectives d'application du silicium traité par broyage dans l'électrode négative de la batterie
En raison de sa capacité spécifique théorique élevée et de sa densité énergétique, le silicium peut améliorer considérablement les performances de la batterie. Les matériaux d'électrode négative à base de silicium, tels que l'oxyde de silicium revêtu de carbone, le nano-carbone de silicium, le nano-fil de silicium et l'alliage de silicium amorphe, ont désormais une large application dans les domaines des batteries d'alimentation, des batteries de stockage d'énergie et des batteries grand public. À l'avenir, les matériaux d'électrode négative à base de silicium deviendront le centre d'intérêt de l'industrie des batteries et atteindront des applications commerciales à grande échelle.
Le silicium utilisé dans les matériaux d'électrode négative de batterie est principalement sous forme nano, nous pouvons obtenir de la poudre de nano silicium grâce à un broyeur, par exemple : broyeur à billes. Dans le même temps, afin d'améliorer les performances électrochimiques du matériau d'électrode négative en silicium, une modification du silicium est nécessaire. En tant que fabricant professionnel d'équipements de poudre, Qingdao Epic Powder Machinery Co., Ltd. peut produire broyeur à boulets et système de modification de revêtement de surface pour le traitement du silicium. Si vous avez des besoins et des questions connexes, veuillez contacter L'épopée de Qingdao.
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