【干货】硅基锂离子电池负极材料

作者:亚搏体育官网入口发布时间:2022-06-17 07:47

本文摘要:硅是目前未知比容量(4200mAh/g)最低的锂离子电池负极材料,但由于其极大的体积效应(300%),硅电极材料在充放电过程中不会粉化而从集流体上破损,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间丧失电认识,同时大大构成新的固相电解质层SEI,最后造成电化学性能的好转。近年来,研究者们做到了大量的研究和探寻,尝试解决问题这些问题并获得了一定的效益,下面就由小编带着大家想到这一领域的研究进展,并明确提出更进一步的研究方向和应用于前景。

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硅是目前未知比容量(4200mAh/g)最低的锂离子电池负极材料,但由于其极大的体积效应(300%),硅电极材料在充放电过程中不会粉化而从集流体上破损,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间丧失电认识,同时大大构成新的固相电解质层SEI,最后造成电化学性能的好转。近年来,研究者们做到了大量的研究和探寻,尝试解决问题这些问题并获得了一定的效益,下面就由小编带着大家想到这一领域的研究进展,并明确提出更进一步的研究方向和应用于前景。

硅的脱嵌锂机理和容量波动机制硅不具备石墨恩材料的层状结构,其贮锂机制和其他金属一样,是通过与锂离子的合金化和去合金化展开的,其充放电电极反应可以文学创作下式:Si+xLi++xe-LiXSi图1硅基锂离子电池原理图:(a)电池;(b)静电在与锂离子再次发生合金与去合金化过程中,硅的结构不会经历一系列的变化,而硅锂合金的结构改变和稳定性必要关系到电子的运送。根据硅的脱嵌锂机理,我们可以把硅的容量波动机制归纳如下:(1)在首次放电过程中,随着电压的上升,首先构成金字锂硅与并未金字锂晶态硅两互为并存的核壳结构。随着嵌锂深度的减少,锂离子与内部晶体硅反应分解硅锂合金,最后以Li15Si4的合金形式不存在。

这一过程中比起于完整状态硅体积逆约3倍,极大的体积效应造成硅电极的结构毁坏,活性物质与集流体活性物质与活性物质之间丧失电认识,锂离子的脱嵌过程无法顺利进行,导致极大的不可逆容量。(2)极大的体积效应还不会影响到SEI的构成,随着脱嵌锂过程的展开,硅表面的SEI不会随着体积收缩而裂痕再行构成,使得SEI更加薄。

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由于SEI的构成不会消耗锂离子,因而造成了较小的不可逆容量。同时SEI较好的导电性还不会使得电极的电阻随着充放电过程大大减小,妨碍集流体与活性物质的电认识,减少了锂离子的扩散距离,妨碍锂离子的成功脱嵌,导致容量的较慢波动。同时坚硬的SEI还不会导致较小的机械形变,对电极结构导致更进一步毁坏。(3)不稳定的SEI层还不会使得硅及硅锂合金与电解液必要认识而损耗,导致容量损失。

硅材料的自由选择与结构设计1.无定型硅和硅的氧化物(1)无定型硅无定形硅在较低电位下享有较高的容量,作为锂离子电池负极材料比起于石墨类电极材料安全性性能更高。但无定形硅材料不能在受限程度上减轻颗粒的碎裂和粉化,其循环稳定性仍无法符合作为高容量电池负极材料的拒绝。


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