Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de baterias, silício gradualmente se torna um material de eletrodo negativo potencial. Já na década de 1970, as pessoas descobriram a reação eletroquímica entre lítio (Li) e silício elementar (Si). Por meio do processamento por moinho de moagem, por exemplo: moinho de bolas, o silício pode ser bem utilizado no eletrodo negativo da bateria.
O potencial de reação da liga de lítio-silício (LixSi, 0 < x ≤ 4,4) diminui com o aumento do grau de litiação. Devido às suas excelentes propriedades, o silício atraiu grande atenção da academia e da indústria como a próxima geração de materiais de eletrodo negativo. No entanto, não podemos usar silício puro ou silício de alto teor como eletrodo negativo da bateria diretamente. Por quê? Vamos analisar abaixo:
Razões pelas quais o silício puro ou o silício de alta pureza não podem ser usados como eletrodo negativo
1. O problema da expansão de volume
O volume do silício muda em mais de 280% quando está totalmente litiado. O processo de inserção de lítio é como soprar ar em um recipiente desinflado balão. Conforme o conteúdo de gás aumenta, o balão continua se expandindo. Enquanto o processo de remoção de íons de lítio é como esvaziar um balão, e o volume retorna ao seu tamanho original.
No entanto, como partícula sólida, o silício não tem boa deformação elástica como um balão. Partículas de silício, com expansão e contração contínuas, muito provavelmente causarão rachaduras sérias e pulverização do material do ânodo e da camada do eletrodo. Sob essa situação, uma nova interface entre o material do ânodo e o eletrólito será formada, e isso resultará em impacto negativo no consumo do eletrólito e na espessura do SEI.
2.O problema da condutividade elétrica
A condutividade eletrônica do silício de alta pureza (< 10-5 S/cm) e a taxa de difusão de íons de lítio em silício (10-14—10-13 cm2/s) são muito menores do que os do grafite. A condutividade eletrônica afetaria a transmissão de elétrons no material do ânodo, então uma boa rede condutora é de extrema importância. Além disso, a condutividade iônica afetaria o processo de incorporação e extração de íons de lítio e encurtaria a distância de transmissão.
Então, como resolver esse problema? A resposta é combinar silício e grafite.
Adicionar grafite ao material de silício é capaz de amortecer a mudança de volume do eletrodo composto integral. Sob a condição de baixo teor de silício (cerca de 20%), os principais locais de reação para a formação da interface de eletrólito sólido (SEI) são fornecidos por partículas de grafite. Adicionar grafite ao silício pode melhorar a difusividade do eletrodo e melhorar a processabilidade na fabricação do eletrodo, obtendo-se assim uma densidade de energia mais alta.
Perspectiva de aplicação de silício processado por moinho de moagem em eletrodo negativo de bateria
Devido à alta capacidade teórica específica e densidade de energia, o silício pode melhorar significativamente o desempenho da bateria. Materiais de eletrodo negativo à base de silício, como óxido de silício revestido de carbono, nano silício carbono, nano fio de silício e liga de silício amorfo, têm uma ampla aplicação em campos de bateria de energia, bateria de armazenamento de energia e bateria de consumidor agora. No futuro, o material de eletrodo negativo à base de silício se tornará o foco da indústria de baterias e alcançará aplicação comercial em larga escala.
O silício usado em materiais de eletrodo negativo de bateria está principalmente na forma nano, podemos obter pó de nano silício por meio de moinho de moagem, por exemplo: moinho de bolas. Ao mesmo tempo, para melhorar o desempenho eletroquímico do material do eletrodo negativo de silício, a modificação do silion é necessária. Como um fabricante profissional de equipamentos de pó, Qingdao Epic Powder Machinery Co., Ltd. pode produzir moinho de bolas e sistema de modificação de revestimento de superfície para processamento de silício. Se você tiver alguma necessidade ou dúvida relacionada, entre em contato Qingdao épico.
Abaixo estão fotos para sua referência.
