熊猫体育app：【干货】硅基锂离子电池负极材料

2025-01-07 01:55:02

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。

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。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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