分析:硅在鋰離子電池中的應(yīng)用

硅負(fù)片的優(yōu)點(diǎn)是什么

石墨的理論能量密度為372mAh/g,和硅負(fù)能量密度理論和10倍4200mAh/g,而且環(huán)保,儲量豐富,如特點(diǎn),將通過石墨材料參與推動硅電池能量密度被公認(rèn)為行業(yè)的方向之一,日本和韓國是做大電池制造商,例如硅碳負(fù)極電池的商業(yè)化,如比亞迪,力神、比克、通用等國內(nèi)電池廠家也都在跟蹤，但到目前為止也沒有看到停止生產(chǎn)的產(chǎn)品。特斯拉選用的松下18650電池在傳統(tǒng)石墨陽極材料中含有10%的硅，能量密度至少在550mAh/g以上。

鋰離子電池中硅的使用

硅材料在鋰離子電池中的應(yīng)用重要涉及兩個方面:一是參與納米硅在正極材料中形成硅碳正極;二是參與電解質(zhì)中有機(jī)硅化合物的合成，提高電解質(zhì)的性能。

納米硅:鋰負(fù)極材料的重要組成部分

納米硅酸鹽是指直徑小于5納米的晶體硅顆粒，是一種重要的非金屬非晶材料，常用溶膠-凝膠法制備。納米硅粉具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、表面活性高、疏松密度低、無毒、無味等特點(diǎn)。納米硅被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域:與石墨材料組成的硅碳復(fù)合材料，作為鋰離子電池的負(fù)極材料，大大提升了鋰離子電池的容量，這是我們關(guān)注的重點(diǎn);用于生產(chǎn)高溫涂料和耐火材料;(3)與高壓金剛石混合形成碳化硅-金剛石復(fù)合材料，用作刀具;能與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，為有機(jī)硅高分子材料;(5)多晶硅由提純的金屬硅制成;半導(dǎo)體微電子封裝材料;金屬飾面。

有機(jī)硅:鋰電解液的功能添加劑

有機(jī)硅是一種重要由硅原子和氧原子構(gòu)成的合成高分子材料。由于主鏈的硅氧結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的化學(xué)鍵，因此有機(jī)硅聚合物的分子比普通有機(jī)聚合物的分子更穩(wěn)定。有機(jī)硅結(jié)構(gòu),使其既有無機(jī)材料和有機(jī)材料的功能,較低的表面張力,粘度溫度系數(shù)、高壓縮性和高檔基本性質(zhì)的透氣性,耐高溫和低溫,電氣絕緣,抗氧化穩(wěn)定性、耐氣候性、阻燃、防潮、耐腐蝕、無毒、無味,和生理惰性和其他優(yōu)秀的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于特種航天、電器、電子、建筑、交通、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè),包括有機(jī)硅第一用于密封、粘結(jié)、潤滑、涂料、表面活性、脫模、消泡、抑制、防水、防潮、惰性填料等。

盡管在力學(xué)有機(jī)硅功能和其他材料在室溫下差異不大,但其在高溫和低溫物理、力學(xué)功能,突出在60+250℃溫度交替和它的功能不受影響,因此有機(jī)硅聚合物可用于在這個溫度地區(qū)很長一段時間,和一些有機(jī)硅聚合物可以在低至-100℃下正常使用。

硅陽極材料缺陷

硅負(fù)極材料的缺陷是合適的,重要有兩個缺陷:1)硅在鋰離子嵌入在嵌入過程中,將導(dǎo)致硅體積膨脹100%~300%,更大的內(nèi)部應(yīng)力在材料內(nèi)部損傷對材料結(jié)構(gòu)、銅箔上的電極材料,同時SEI膜表面的硅-打破形成重復(fù)形式,降低電極的導(dǎo)電性和循環(huán)安全的性行為;硅是一種半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性比石墨差很多，導(dǎo)致鋰離子去包埋過程中有很大程度的不可逆性，進(jìn)一步降低了其粗糙度的庫侖功率。因此，有必要解決硅的體積膨脹和初始充放電功率低的問題。