浅析硅材料在锂离子电池中的应用

分析:硅在锂离子电池中的应用

硅负片的优点是什么

石墨的理论能量密度为372mAh/g,和硅负能量密度理论和10倍4200mAh/g,而且环保,储量丰富,如特点,将通过石墨材料参与推动硅电池能量密度被公认为行业的方向之一,日本和韩国是做大电池制造商,例如硅碳负极电池的商业化,如比亚迪,力神、比克、通用等国内电池厂家也都在跟踪，但到目前为止也没有看到停止生产的产品。特斯拉选用的松下18650电池在传统石墨阳极材料中含有10%的硅，能量密度至少在550mAh/g以上。

锂离子电池中硅的使用

硅材料在锂离子电池中的应用重要涉及两个方面:一是参与纳米硅在正极材料中形成硅碳正极;二是参与电解质中有机硅化合物的合成，提高电解质的性能。

纳米硅:锂负极材料的重要组成部分

纳米硅酸盐是指直径小于5纳米的晶体硅颗粒，是一种重要的非金属非晶材料，常用溶胶-凝胶法制备。纳米硅粉具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、表面活性高、疏松密度低、无毒、无味等特点。纳米硅被广泛应用于以下领域:与石墨材料组成的硅碳复合材料，作为锂离子电池的负极材料，大大提升了锂离子电池的容量，这是我们关注的重点;用于生产高温涂料和耐火材料;(3)与高压金刚石混合形成碳化硅-金刚石复合材料，用作刀具;能与有机物发生反应，为有机硅高分子材料;(5)多晶硅由提纯的金属硅制成;半导体微电子封装材料;金属饰面。

有机硅:锂电解液的功能添加剂

有机硅是一种重要由硅原子和氧原子构成的合成高分子材料。由于主链的硅氧结构具有较强的化学键，因此有机硅聚合物的分子比普通有机聚合物的分子更稳定。有机硅结构,使其既有无机材料和有机材料的功能,较低的表面张力,粘度温度系数、高压缩性和高档基本性质的透气性,耐高温和低温,电气绝缘,抗氧化稳定性、耐气候性、阻燃、防潮、耐腐蚀、无毒、无味,和生理惰性和其他优秀的特点,广泛应用于特种航天、电器、电子、建筑、交通、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,包括有机硅第一用于密封、粘结、润滑、涂料、表面活性、脱模、消泡、抑制、防水、防潮、惰性填料等。

尽管在力学有机硅功能和其他材料在室温下差异不大,但其在高温和低温物理、力学功能,突出在60+250℃温度交替和它的功能不受影响,因此有机硅聚合物可用于在这个温度地区很长一段时间,和一些有机硅聚合物可以在低至-100℃下正常使用。

硅阳极材料缺陷

硅负极材料的缺陷是合适的,重要有两个缺陷:1)硅在锂离子嵌入在嵌入过程中,将导致硅体积膨胀100%~300%,更大的内部应力在材料内部损伤对材料结构、铜箔上的电极材料,同时SEI膜表面的硅-打破形成重复形式,降低电极的导电性和循环安全的性行为;硅是一种半导体，其导电性比石墨差很多，导致锂离子去包埋过程中有很大程度的不可逆性，进一步降低了其粗糙度的库仑功率。因此，有必要解决硅的体积膨胀和初始充放电功率低的问题。