为何说硅碳材料是最有潜力的锂离子电池负极？

为何硅碳棒是最有前途的锂离子电池阴极

新能源汽车类日益火爆，吸引了大批国内外公司纷纷前往战场，新的锂锰酸技能似乎绽放出夺目的色彩。技术创新固然可喜，但寻找性价比更高、存储容量更大、价格动力更强的新原始数据是提高行业终端降低成本、提高效率能力的根本原因。

硅是目前发现的比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极数据，是目前最有潜力的负极数据，但硅作为锂离子电池负极使用也存在一些瓶颈，首先是硅在应对批量膨胀的问题。通过理论计算和实验证明，无论是锂包埋还是退泥都会引起体积变化，体积变化为320%。所以无论你把什么数据放在一起，在微观层面，在原子或纳米尺度的硅上，它都会膨胀300%。在数据设计中必须考虑大量的更改。在大体积数据的局部力学问题上，经过一系列的基础研究证明，它会开裂，形成严重的跌落。

硅的体积膨胀有许多后果

1.颗粒粉碎，循环功能差

2.活性物质与导电粘结剂接触不良

第二个问题是硅表面的SEI膜厚且不均匀，受温度和添加剂的影响较大，会影响锂离子电池的整体比能性能。

石墨因其导电性能特别好，相对来讲SEI膜比较均匀，其组成不像硅负极相同。为了研究这个问题，我国科学院的科学家们制作了模型，这些模型被微加工成硅纳米线。为了研究该数据充放电过程中SEI膜的生长情况，我们发现随着循环次数的新增，SEI膜逐渐填补了硅柱中心的空隙，覆盖后继续生长约4.5m。假如不处理添加到硅表面，SEI膜可以长得非常厚。这意味着它是多孔的，溶剂总是能够接触到硅的表面，这是不可能的全电池规划。如何解决这个问题，我国科学院的科学家们已经做了一些尝试在硅上做碳涂层。相比之下，我们只在硅上做了部分石墨烯涂层，其他地方则是自由的。最后发现，包膜和未包膜SEI膜的生长条件不同，碳包膜的SEI膜明显减少，而未包膜的SEI膜有很多。

从长期的基础研究，经过纳米硅粉;硅碳涂层;可以有效地解决硅在锂离子电池负极使用中的问题。无论是纳米硅碳还是硅碳，硅都力求做到以下几点:

硅颗粒尺寸:<20nm(理论上越小越好)

均匀性:标准偏差小于5nm

纯度:>99.95%

痕迹:100%球形比例

此外，一个完整的外部涂层是非常重要的，以防止硅和电解质接触，导致厚SEI膜的消耗。同样重要的是要计划微结构，以保持电子接触，离子通道，体积膨胀在周期。

碳包覆的机理在于Si的体积膨胀是由石墨和非晶包覆共同支撑的，从而防止了在去除埋置锂的过程中由于体积变化大、应力大而导致负极数据的劣化。碳包层的用途是:

(1)约束缓冲活动中心体积增大

(2)防止纳米活性粒子的聚集

(3)防止电解质向中心渗透，保持稳定的界面和SEI

(4)硅数据贡献高的比容量，碳数据贡献高的电导率