Каковы методы подготовки материалов отрицательных электродов для литиевых аккумуляторов из композитного кремний-углеродного материала?

Кремний-углеродный композит стал горячей точкой в области материалов для отрицательных электродов для литий-ионных батарей из-за его превосходных циклических свойств и свойств высокой емкости. Ожидается, что он заменит графит в качестве нового поколения материалов для отрицательных электродов для литий-ионных батарей. Методы кремний-углеродных композитов и выбор углеродных материалов имеют важное влияние на морфологию и электрохимические свойства композитных материалов.

В настоящее время углерод в качестве матрицы в композитных отрицательных материалах кремний-углерод можно разделить на графитовый углерод, аморфный углерод, углеродные микросферы промежуточной фазы, углеродное волокно, углеродные нанотрубки, графен и так далее. Ниже приводится краткое введение в материалы отрицательного электрода из кремний-углеродного композитного материала.

Бинарный композит кремний-углерод

1, кремний-графитовый композитный материал

Графит - это наиболее широко используемый материал отрицательного электрода в литий-ионных батареях. Он имеет хорошую платформу напряжения и дешев. Пластинчатая структура может эффективно амортизировать внутреннее напряжение, возникающее в процессе заряда и разряда. Оптимизация электрохимических свойств кремний-графитовых композитов всегда была в центре внимания исследований.

Основными методами приготовления кремний-графитовых композитов являются золь-гель метод и метод механического измельчения.

1) В золь-гелевом методе в качестве прекурсора кремния используется Si5H10, который смешивается с пористым природным графитом. После термообработки получаются кремний-графитовые композиты.

Преимущество этого метода в том, что композит обладает хорошей циклической стабильностью.

2) Метод механического измельчения с помощью шара заключается в том, чтобы внедрить микросферы из поли (стирол-дивинилбензола) в кремний-графитовые композиты и приготовить кремний-графитовые композиты с помощью высокоэнергетического измельчения на шарах.

Преимущества этого метода: уменьшение объемного расширения материала и улучшение характеристик циркуляции электродных материалов.

2, кремний-аморфный углеродный композитный материал

Нестереотипный углерод представляет собой разновидность аморфного углеродного материала, который обычно получают в результате низкотемпературного крекинга полимерных материалов. Большинство из них обладают высокой обратимой удельной емкостью и хорошей совместимостью с электролитами. Использование аморфного углерода в качестве матрицы не только играет роль хорошего объемного буфера, но также улучшает проводимость материала.

Основными методами получения композитов кремний-аморфный углерод являются пиролиз и высокоэнергетический шаровой помол.

1) Пиролиз - это получение композитов кремний-углерод путем пиролиза фенольных смол. Исследование показывает, что обратимая удельная емкость композитного материала после 10 циклов составляет 640 ~ 1029 мА / г.

Преимущество этого метода заключается в том, что ковалентная связь, образованная между фенольной смолой и кремнием, увеличивает силу связывания между кремнеземом, улучшает структурную стабильность материала и снижает первую необратимую удельную емкость.

2) высокой энергии шарика способа измельчения использует окись кремния и сахарозу в качестве сырья для подготовки кремний-углеродных композитов за счет высокой энергией шарика измельчения и последующего пиролиза на месте, в котором nanosilicate частицы (<ИФВЭ> 50 нм) равномерно распределены в аморфной углеродной матрице.

3, кремний-наноуглеродный композитный материал

Силико-наноуглеродные композиты в основном делятся на кремний-углеродные нанотрубки и кремний-графен.

1) Композиты с кремний-углеродными нанотрубками

Способы получения композитов кремний-углеродных нанотрубок включают химическое осаждение из газовой фазы, измельчение высокоэнергетическими шарами и импульсное лазерное осаждение. Углеродные нанотрубки - это нанотрубки, скрученные однослойными или многослойными листами графита. Расстояние между слоем и слоем составляет около 0,34 нм, и большее расстояние между слоями больше способствует внедрению и извлечению ионов лития. Из-за ограниченной длины углеродной трубки глубина предполагаемого залегания ионов лития мала, путь относительно короткий, а электрод менее поляризован из-за зарядки и разрядки при больших токах. Кроме того, его структура стабильна, а проводимость хорошая, поэтому углеродным нанотрубкам уделяется большое внимание.

В методе химического осаждения из паровой фазы в качестве источника углерода и катализатора используются C8H10, Fe (C5H5) 2, чтобы сначала подготовить продольно упорядоченный массив углеродных нанотрубок, а затем SiH4 в качестве источника кремния для осаждения наночастиц на поверхности углеродных нанотрубок. Получен композитный материал кремний-углеродные нанотрубки.

Синтезы композитов кремний-углеродные нанотрубки

Преимущество этого метода заключается в хорошей циклической стабильности. Недостатком является то, что выход невысокий, стоимость производства высока, а процесс приготовления трудно контролировать точно, и он не подходит для крупномасштабного производства.

2) Кремний-графеновые композиты

Графен обладает превосходными проводящими, термическими и механическими свойствами и имеет высокую удельную поверхность. Все эти факторы способствуют улучшению электрохимических свойств, поэтому ожидается, что он будет использоваться в качестве матрицы для получения композитов кремний-углерод.

Метод приготовления композитного материала кремний-графен заключается в приготовлении композитного материала кремний-графен путем помещения источника кремния и оксида графита в воду после ультразвукового перемешивания и сушки вымораживанием для получения замороженного сухого порошка, помещая его в неокисляющую атмосферу для реакции восстановления.

Преимущество этого метода состоит в том, что нет шаблона, степень практичности высока, а полученные композиты кремний-графен сочетают в себе преимущества композитов с графеновой матрицей и пористых материалов. Были решены проблемы низкой удельной емкости, плохой производительности цикла, плохого соотношения и низкой кулоновской эффективности материалов на основе кремния в качестве материалов отрицательных электродов для литий-ионных батарей.

Кремний-углеродные композиционные материалы

В настоящее время исследователи добились большого прогресса в улучшении электрохимических свойств электродных материалов за счет комбинации кремния, углерода и различных металлов или оксидов металлов. Силикоуглеродные композитные материалы в основном включают композитные материалы Si 1,81 Co 0,6 Mn 0,6 Al 0,3, композитные материалы SixCo 0,6 B 0,6 Al 0,2, композитные материалы Si / MgO / C и т. Д.

Кремний, углерод и различные металлы или оксиды металлов могут эффективно улучшить обратимую емкость и циклические характеристики материала. На данном этапе исследования ограничиваются простым механическим измельчением шаров и другими методами подготовки, и в этой области все еще есть много места для исследований.

Страница содержит содержимое машинного перевода.