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硅元素負(fù)極材料的相關(guān)介紹

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1754次  |  2019年01月08日  

當(dāng)下鋰電池生產(chǎn)中,最廣泛應(yīng)用的負(fù)極材料就是碳素(石墨)材料。與正極材料的多元化發(fā)展不同,碳素材料憑借較高的工業(yè)成熟度和低廉的成本,幾乎獨(dú)霸了整個(gè)負(fù)極材料市場。


但這并不代表它沒有競爭對手,與碳元素同處元素周期表同組里的硅、錫、鍺都與碳有相似的化學(xué)性質(zhì),他們都可以作為負(fù)極材料使用。今天我為大家介紹最新的硅負(fù)極材料。


硅介于金屬于非金屬之間,最常用在半導(dǎo)體產(chǎn)品上,在電子工業(yè)上利用的是其物理性質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn),但這個(gè)特性在反復(fù)的發(fā)化學(xué)反應(yīng)之中卻成了它的先天的不足。


但通過先進(jìn)的提煉、改良技術(shù),硅元素也可以成為良好的負(fù)極材料。就如碳元素既可以組成石墨,又可組成金剛石一樣,硅元素通過重新排列,也可以獲得更穩(wěn)定的物理性能。


英國廠商N(yùn)exeon近日就通過成功改良硅元素的物理性質(zhì),研制出了使用硅作為負(fù)極材料的新型鋰離子電池。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

為何英國人要大費(fèi)周折改良硅元素來做負(fù)極材料?要回答這個(gè)問題,我們就要先了解一下碳和硅做負(fù)極材料的化學(xué)反應(yīng)過程,以及反應(yīng)中能量的變化。


碳負(fù)極材料:6C + Li+ + e- ? LiC6 能量轉(zhuǎn)化重量比=372 mAh/g


硅負(fù)極材料:4Si + 15Li+ + 15e- ? Li15Si4 能量轉(zhuǎn)化重量比=3580 mAh/g


由此我們可以看出,硅最為負(fù)極材料,可以在相同質(zhì)量下攜帶十倍于碳的能量,其優(yōu)勢是顯而易見的。但由于過去沒有改良硅物理性質(zhì)的成熟工藝,使得采用硅做負(fù)極材料的鋰離子電池一直都有使用壽命短的問題。如今這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)有了關(guān)鍵性的突破,相信在將來,硅一定可以有力地沖擊碳元素作為負(fù)極材料老大的地位。

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