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硅基負極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用

億富機械 2024-10-27 | 閱讀：475

隨著新能源汽車、儲能等市場的蓬勃發(fā)展，鋰電池及負極材料市場規(guī)模和技術(shù)水平持續(xù)提升，目前，商用石墨負極材料比容量逼近石墨材料的理論比容量，硅基負極材料商業(yè)化應(yīng)用得到進一步提速。

硅基負極材料以其極高的理論比容量成為鋰離子電池負極材料研究的熱點。硅負極材料的理論比容量遠高于商業(yè)石墨負極材料，且工作電壓適中，這使得硅基負極材料在提升電池能量密度方面具有顯著優(yōu)勢。然而，硅在充放電過程中的體積膨脹和收縮過大，導(dǎo)致材料開裂、破碎，以及SEI膜的持續(xù)增厚，嚴重影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

為了解決硅基負極材料在鋰離子電池應(yīng)用中的缺陷，研究人員提出了多種技術(shù)路線，包括納米化技術(shù)、復(fù)合材料技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、表面改性、電解液優(yōu)化、預(yù)鋰化、多孔硅和合金硅等。

這些技術(shù)路線涵蓋了從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各個階段，通過納米化和復(fù)合材料技術(shù)緩解體積膨脹問題，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計和表面改性提高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，并通過優(yōu)化電解液體系來增強電池的整體性能。預(yù)鋰化技術(shù)可以提高初始庫倫效率，多孔硅結(jié)構(gòu)有助于緩解體積變化，而合金硅則能提供更高的容量和穩(wěn)定性。綜合應(yīng)用這些技術(shù)路線，有望實現(xiàn)高性能、長壽命和低成本的硅基負極材料，推動其在實際應(yīng)用中的廣泛普及。

目前硅碳材料和硅氧材料是硅基負極的兩條主要技術(shù)路線。

其中，硅碳負極材料以較高的首次庫倫效率著稱，但其循環(huán)壽命有待提高。通過實現(xiàn)硅材料的納米化，可以減少在充放電過程中產(chǎn)生的膨脹和破碎問題，從而進一步增強其循環(huán)壽命。相對地，硅氧負極材料的主要優(yōu)點是其出色的循環(huán)穩(wěn)定性，盡管首效較低。然而，通過采用預(yù)鋰化等技術(shù)手段，可以有效提升其首效。

在商業(yè)化應(yīng)用方面，目前，硅基負極材料的實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的主要有碳包覆氧化亞硅、納米硅碳、硅納米線和無定型硅合金。其中，碳包覆氧化亞硅和納米硅碳的商業(yè)化程度最高，它們通常以5%-10%的比例摻入石墨中使用。近年來，硅基負極材料正逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

在固態(tài)電池領(lǐng)域，硅基負極材料以高的理論能量密度、出色的快速充放電性能以及卓越的安全性能被認為是固態(tài)電池負極材料的關(guān)鍵發(fā)展方向之一。

硅碳材料，因硬度高且研磨細度低，對砂磨機的要求非常高。億富立式砂磨機在硅碳材料研磨上，給出了完美的解決方案。無篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可使用低至0.03mm的研磨珠，可挑戰(zhàn)更細的研磨細度；立式結(jié)構(gòu)，可提高研磨效率且粒徑分布窄；簡化工藝的產(chǎn)線設(shè)計，可全面提升產(chǎn)線成本及生產(chǎn)效率等。