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终于等到你——硅负极失效机理研究

来源:leyu乐鱼体育官网入口   发布时间:2022-04-11 19:44nbsp;  点击量:

本文摘要:石墨类负极的理论比容量只有372mAh/g,早已无法适应环境如今锂离子电池对低比能的拒绝,面临这一局限,众多新材料相继经常出现,其中硅负极材料是最有期望的负极材料之一。当Si与Li构成Li4.4Si结构时,理论比容量可以超过4200mAh/g,当然如此低的容量大自然是要付出代价的,电池状态的Si负极体积收缩可以超过300%,这沦为了拦阻在Si负极应用于路上仅次于的障碍。

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石墨类负极的理论比容量只有372mAh/g,早已无法适应环境如今锂离子电池对低比能的拒绝,面临这一局限,众多新材料相继经常出现,其中硅负极材料是最有期望的负极材料之一。当Si与Li构成Li4.4Si结构时,理论比容量可以超过4200mAh/g,当然如此低的容量大自然是要付出代价的,电池状态的Si负极体积收缩可以超过300%,这沦为了拦阻在Si负极应用于路上仅次于的障碍。为了解决这一艰难人们也做到了很多希望,Si纳米颗粒,石墨填充,薄膜电极,SiOx材料等,这些材料在体积收缩方面都获得了一定的提高,尤其是SiOx材料,是距离顺利最近的负极材料━体积收缩有了显著的提高。

但是这些材料比起于石墨材料,还是不存在循环寿命严重不足的问题,下面我们就一起探究一下Si负极的过热机理。  硅负极的过热相当大程度上是由于在硅金字锂和干锂的过程中极大的体积收缩导致Si颗粒产生裂纹和裂痕导致的。为了减少硅负极的体积收缩,人们研发了SiOx材料,比起于纯Si材料,其体积收缩明显降低,其与C复合材料是一种性能较好的硅负极材料,也是目前实际应用于较多的一种硅材料,但是该材料在实际用于中依然不存在硅负极过热的问题,研究找到过热与Li+映射速度和电解液种类,更加关键的是与Si负极的微观结构有紧密的关系。

  实际是我们所说的SiO并不是显的SiO而是Si和Si的多种氧化物的复合物。生产中SiO是利用Si和SiO2在真空中高温反应而出,但是SiO在热力学上是不稳定的,在1000-1400℃持续性再次发生水解反应,分解Si和Si2O3,STEM仔细观察也找到无定形SiOx中非均匀分布的产于着一些无定形纳米Si。

此外由于高温的起到,在SiOx中还不存在着一些结晶Si,因此我们实际用于的Si具备多种Si的形态。理论研究找到,SiOx嵌锂动力学特征与Si材料并不相同,Li映射到SiOx中,不会构成多种化合物,例如Li2O,Li2Si2O5,Li2SiO3,Li4SiO4等,而且这一过程是不可逆的,这些锂硅化合物不会沦为Si负极体积收缩的缓冲带,诱导硅负极的体积收缩,但是这种缓冲作用是受限的,无法几乎确保SiOx材料的循环性能。


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