Графит против кремниевых материалов

Графитовый материал является ветераном индустрии литий-ионных аккумуляторов и обладает многими превосходными качествами. Однако с появлением в последние годы группы высокоэффективных негативных материалов они поставили под угрозу статус графитовых материалов и разыграли драму любви и смерти. Кремниевые негативные материалы как выдающееся воплощение новых материалов, а графит действительно вызывает любовь и ненависть.

Теория материала кремниевого отрицательного электрода имеет емкость 4200 мАч / г или более, что намного выше, чем у графитового отрицательного электрода (372 мАч / г), и является мощным конкурентом для следующего поколения материалов отрицательного электрода для литий-ионных аккумуляторов. Однако в кремниевом отрицательном электроде имеется естественный дефект. Литий, внедренный в элемент Si, вызовет серьезное расширение материала Si, который расширится до 300% в объеме, вызывая положительное расширение материала и измельчение, что приведет к быстрому снижению емкости. Чтобы преодолеть эти недостатки кремниевых отрицательных полюсов, ученые комбинируют два материала и используют графит, чтобы преодолеть недостатки кремниевых отрицательных полюсов. Хотя кремний изначально предназначался для замены графитового отрицательного электрода, последние два материала сошлись. У тебя есть я, а ты у меня.

В соответствии с методом распределения кремния композиты кремний-углерод в основном делятся на типы плакирования, заливки и молекулярные контакты. По морфологии делятся на гранулированные и тонкопленочные. По количеству типов кремний-углерод они делятся на бинарный кремний-углеродный композит и многокомпонентный кремний-углеродный композит.

Существует множество методов изготовления кремний-углеродных композитов, таких как измельчение с использованием высокоэнергетических шаров (оба метода механической активации, ее основной принцип заключается в использовании механической энергии для инициирования химических реакций или изменения структуры, структуры и свойств материала). , химическое осаждение из паровой фазы (оба метода CVD), метод напыления (это основной метод изготовления мембранных материалов с использованием газового разряда. Образующиеся ионы, под действием электрического поля, высокоскоростная бомбардировка материала мишени вызывает атомы в материале мишени, чтобы ускользнуть и осесть на подложке с образованием тонкой пленки), метод нанесения покрытия паром (нагрев и испарение материала, испарение материала и осаждение его на подложке с образованием тонкой пленки), высокотемпературное растрескивание раствор и т. д.

В настоящее время основным используемым методом является метод высокотемпературного крекинга. Этот метод относительно прост по сравнению с другими методами и имеет хорошие перспективы применения. Обычно используемый метод заключается в диспергировании наночастиц в органических растворителях и добавлении соответствующего органического вещества. После сушки реакция крекинга происходит при высокой температуре с образованием композитного материала Sicarbon. Например, Pengei.G добавил нанометровый Si, гексахлорциклический трифосфонитрил (HCCP) и 4,4'-дигидроксидифенилсульфоксид (BSP) в смешанный раствор тетрагидрофурана и этанола, а затем добавил триэтиламин (TEA) для децентрализованной очистки и сушки. В результате высокотемпературного растрескивания получается композитный материал Si-C с удельной емкостью более 1200 мАч / г и степенью сохранения емкости за 40 циклов 95,6%.

Шаровое измельчение с высокой энергией также является горячей точкой исследований. Используя механическую энергию, вырабатываемую при высокоскоростном измельчении шаров, он способствует химической реакции системы и позволяет получить целевой продукт с меньшими затратами. Например, Chil.Hoon et al. используйте метод измельчения с использованием высокоэнергетических шаров, чтобы сначала смешать порошок железа, порошок меди и частицы нанокремния, а затем добавить графит для измельчения в этом шаре для получения композитного материала Fe-Cu / Si / C.

Осаждение газа - широко используемый метод в лаборатории. Pengei.G et al. использовали газовое осаждение для нанесения многослойных углеродных нанотрубок (MWNT) на поверхность нанометровых частиц Si, и углеродные нанотрубки сформировали хорошую проводящую сеть. Емкость и циклические характеристики композитных материалов очень хорошие. Начальный коэффициент зарядки может достигать 1592 мАч / г и более. После 20 циклов удельная емкость все еще может достигать 1400 мАч / г.

В настоящее время существует множество методов получения композиционных материалов Si-C. Некоторые методы (метод напыления и т. Д.) Обладают очень хорошими показателями рециклинга. Однако в настоящее время эти методы показывают, что стоимость производства слишком высока для производства в больших масштабах. Это ограничивает его применение в производстве. В настоящее время более практичными методами являются метод высокотемпературного крекинга и метод измельчения с использованием высокоэнергетических шаров. Продукт с лучшими характеристиками может быть получен путем оптимизации процесса.

Страница содержит содержимое машинного перевода.