Herstellung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial für Ionenbatterieanodenmaterial

Herstellung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial für Ionenbatterieanodenmaterial

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) werden aufgrund ihrer stabilen Lebensdauer und ihres hohen Wirkungsgrads zunehmend in Speichergeräten mit großer Kapazität wie Elektrofahrzeugen und Energiespeichern (ESS) sowie mobilen Geräten verwendet.

Die folgenden Strategien können verwendet werden, um die Energiedichte der LIB zu erhöhen (Wh = kg): 1) Modifizieren der Elektrodendaten 2) Verbessern der Beschichtungstechnologie 3) Verbessern der Datenfüllung in Anode und Kathode, 4) Erhöhen der Lithiumabsorption Rate der Kathode. Die Methoden 2 bis 4 beschränken sich jedoch im Allgemeinen auf die Optimierung des Innenraums und der Planung. Daher wird aktiv an der Zusammensetzung neuer Elektrodenmaterialien geforscht.

Derzeit ist Graphit die repräsentativste Quelle für in LIBS verwendete Kathoden. Aufgrund der einachsigen Ausrichtung der Graphenschicht zeigt sie ein stark reversibles Lade-Entlade-Verhalten und hat daher eine lange Lebensdauer.

Wenn Graphit vollständig geladen ist, dh wenn Lithiumionen zwischen den Schichten vorhanden sind, beträgt das Elektrodenpotential 0 V gegenüber Li = Li +. Dies weist darauf hin, dass Graphit ein ähnliches Potential wie reines Li-Metall aufweisen kann. Daher kann eine höhere Energie erhalten werden, indem eine Batterie mit einer Graphitkathode und einer Anode auf Oxidbasis zusammengebaut wird.

Angesichts der damaligen Nachfrage nach Hochleistungsbatterien ist die geringe theoretische Kapazität von Graphit (372 mAh = g, 837 mAh = cm3) ein wesentliches Hindernis für die kontinuierliche Verwendung von Graphit als Anodenmaterial. Um Hochleistungs-Lithium-Sekundärbatterien mit hoher Kapazität zu entwickeln, ist es daher wichtig, Nicht-Kohlenstoff-Anodenmaterialien zu entwickeln.

Unter diesen Nicht-Kohlenstoff-Materialien ist Si am besten geeignet, da es eine hohe Entladekapazität von 4200 mAh = g und ein Lithium-Antwortpotential von 0,4 V (vsLi = Li +) aufweist. Si stieß jedoch auf ein Schlüsselproblem, dh das Volumen änderte sich während des Lade- und Entladevorgangs stark, was zu einer schlechten Reversibilität und einem empfindlichen Kapazitätsabfall führte.

Es wurden zahlreiche Ansätze vorgeschlagen, um die Volumenexpansion zu verringern, wie beispielsweise die Reaktion von Metallpartikeln auf Lithium im Nanomaßstab, die Zusammensetzung heterogener Legierungen, die mit Lithium reagieren, und die Zusammensetzung von aktiven = inaktiven Metallkomplexen und Lithiumlegierungen = Kohlenstoff. 11-15)

In diesem Workshop versuchen wir, das Problem der Massenexpansion in Silizium zu lösen, indem wir Silizium-Ruß (Si-CB) -Verbunddaten zusammensetzen. Die CB-Struktur wird durch die Aggregation von Primärteilchen in verschiedenen Richtungen gebildet, um ein Netzwerk von verschiedenen Richtungen und Räumen zu bilden, die aufgrund des zufälligen Wachstums im CB-Aggregat gebildet werden. 16-19)

Daher werden diese Räume im Falle einer Volumenexpansion als Puffer verwendet, um Silizium zu enthalten