С быстрым развитием технологий аккумуляторных батарей, кремний постепенно становится потенциальным материалом отрицательного электрода. Еще в 1970-х годах люди обнаружили электрохимическую реакцию между литий (Li) и элементарный кремний (Si). После обработки в шаровой мельнице, например, в шаровой мельнице, кремний может быть успешно использован в отрицательном электроде батареи.
Реакционный потенциал литий-кремниевого сплава (LixSi, 0 < x ≤ 4,4) уменьшается с увеличением степени литирования. Благодаря своим превосходным свойствам кремний привлек широкое внимание со стороны академических кругов и промышленности как следующее поколение материалов для отрицательных электродов. Однако мы не можем использовать чистый кремний или кремний с высоким содержанием в качестве отрицательного электрода батареи напрямую. Почему? Давайте проанализируем это ниже:
Причины, по которым чистый кремний или высокочистый кремний нельзя использовать в качестве отрицательного электрода
1. Проблема расширения объема
Объем кремния изменяется более чем на 280%, когда он полностью литиирован. Процесс введения лития похож на вдувание воздуха в сдутый воздушный шар. По мере увеличения содержания газа баллон продолжает расширяться. В то время как процесс удаления ионов лития подобен сдуванию баллона, и объем возвращается к исходному размеру.
Однако, как твердая частица, кремний не обладает хорошей упругой деформацией, как воздушный шар. Частицы кремния, при постоянном расширении и сжатии, весьма вероятно, вызовут серьезное растрескивание и измельчение материала анода и электродного слоя. В этой ситуации будет сформирован новый интерфейс между материалом анода и электролитом, и это приведет к отрицательному влиянию на расход электролита и толщину SEI.
2.Проблема электропроводности
Электронная проводимость высокочистого кремния (< 10−5 См/см) и скорость диффузии ионов лития в кремнии (10−14—10−13 см2/с) намного ниже, чем у графита. Электронная проводимость будет влиять на передачу электронов в анодном материале, поэтому хорошая проводящая сеть имеет первостепенное значение. Более того, ионная проводимость будет влиять на процесс внедрения и извлечения ионов лития и сократит расстояние передачи.
Итак, как решить эту проблему? Ответ — объединить кремний и графит.
Добавление графита к кремниевому материалу способно буферизировать изменение объема интегрального композитного электрода. При низком содержании кремния (около 20%) основные реакционные центры для образования твердоэлектролитного интерфейса (SEI) обеспечиваются частицами графита. Добавление графита к кремнию может улучшить диффузионную способность электрода и улучшить технологичность при изготовлении электрода, тем самым будет получена более высокая плотность энергии.
Перспективы применения кремния, обработанного вальцовой мельницей, в отрицательном электроде аккумулятора
Благодаря высокой теоретической удельной емкости и плотности энергии кремний может значительно улучшить производительность батареи. Материалы отрицательного электрода на основе кремния, такие как оксид кремния с углеродным покрытием, нанокремниевый углерод, кремниевая нанопроволока и аморфный кремниевый сплав, в настоящее время широко применяются в областях силовых батарей, аккумуляторов для хранения энергии и потребительских батарей. В будущем материал отрицательного электрода на основе кремния станет центром внимания аккумуляторной промышленности и достигнет широкомасштабного коммерческого применения.
Кремний, используемый в материалах отрицательных электродов аккумуляторов, в основном находится в наноформе. Мы можем получить нанопорошок кремния с помощью измельчительной мельницы, например: шаровая мельница. В то же время, для улучшения электрохимических характеристик кремниевого отрицательного электродного материала, необходима модификация кремния. Как профессиональный производитель порошкового оборудования, Циндао Эпик Порох Машинери Ко., Лтд.. может производить шаровая мельница и система модификации поверхностного покрытия для обработки кремния. Если у вас есть какие-либо сопутствующие потребности и вопросы, пожалуйста, свяжитесь с Циндао Эпик.
Ниже приведены фотографии для вашего ознакомления.
