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锂电池是硅基负极材料好还是碳负极材料好?

2022-11-03

锂电池

锂离(li)子电(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)容量由(you)正极(ji)(ji)材料(liao)的(de)(de)活性锂离(li)子和负(fu)极(ji)(ji)材料(liao)嵌(qian)入(ru)和脱锂的(de)(de)能力决定(ding)(ding)。正负(fu)极(ji)(ji)在各种(zhong)环境下(xia)的(de)(de)稳定(ding)(ding)性决定(ding)(ding)了(le)(le)电(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)性能,甚至严(yan)重影响(xiang)了(le)(le)电(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)安(an)全性。因此,电(dian)(dian)极(ji)(ji)的(de)(de)性能在一(yi)定(ding)(ding)程度上决定(ding)(ding)了(le)(le)锂离(li)子电(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)整体性能。

目前,商(shang)用锂(li)(li)离(li)子电池负极(ji)材(cai)料(liao)(liao)主要(yao)为石墨基碳负极(ji)材(cai)料(liao)(liao),其(qi)(qi)理(li)论(lun)比(bi)容(rong)(rong)(rong)量仅为372 mAh/g,严(yan)(yan)重限制了锂(li)(li)离(li)子电池的进一(yi)步(bu)发展。硅基材(cai)料(liao)(liao)是研究阳(yang)极(ji)材(cai)料(liao)(liao)中理(li)论(lun)比(bi)容(rong)(rong)(rong)量高的研究体系。理(li)论(lun)比(bi)容(rong)(rong)(rong)量高达4200 mAh/g。由(you)于(yu)其(qi)(qi)低(di)锂(li)(li)嵌入水平,低(di)原(yuan)子质量和高能量密(mi)度,被认为是碳阳(yang)极(ji)材(cai)料(liao)(liao)的替代(dai)产品。然(ran)而(er),硅负极(ji)在插层(ceng)锂(li)(li)循环过程中存在严(yan)(yan)重的体积膨胀和收缩,导致(zhi)材(cai)料(liao)(liao)结构的破坏和机(ji)械(xie)破碎,导致(zhi)电极(ji)的循环性能变差。

单质硅的(de)(de)改(gai)性主要(yao)是通过(guo)加入第二组元素形成(cheng)Si-M合(he)金来降低硅合(he)金的(de)(de)体积膨胀系数,或(huo)者通过(guo)各种工程技(ji)术使硅形成(cheng)多(duo)孔和(he)纳(na)米(mi)晶,从(cong)而为硅的(de)(de)体积膨胀预留空间,减(jian)少硅体积效应对材料循环稳定性的(de)(de)影(ying)响。


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