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Mar 14, 2019 Pageview：359
El compuesto de carbono de silicio se ha convertido en un punto caliente en el campo de los materiales de electrodos negativos para baterías de iones de litio debido a sus excelentes propiedades cíclicas y propiedades de alta capacidad. Se espera que reemplace al grafito como una nueva generación de materiales de electrodos negativos para baterías de iones de litio. Los métodos compuestos de silicio-carbono y la selección de materiales de carbono tienen una influencia importante en la morfología y las propiedades electroquímicas de los materiales compuestos.
En la actualidad, el carbono como matriz en materiales negativos compuestos de silicio-carbono se puede dividir en carbono grafito, carbono amorfo, microesferas de carbono de fase intermedia, fibra de carbono, nanotubos de carbono, grafeno, etc. La siguiente es una breve introducción de los materiales de electrodo negativo compuestos de carbono de silicio.
Compuesto binario de carbono de silicio
1, material compuesto de silicio-grafito
El grafito es el material de electrodo negativo más utilizado en las baterías de iones de litio. Tiene una buena plataforma de voltaje y es barato. La estructura laminar puede amortiguar eficazmente la tensión interna generada durante el proceso de carga y descarga. Cómo optimizar las propiedades electroquímicas de los compuestos de silicio-grafito siempre ha sido el foco de la investigación.
Los principales métodos de preparación de los compuestos de silicio-grafito son el método Sol gel y el método mecánico de molienda de bolas.
1) El método Sol gel utiliza Si5H10 como precursor del silicio para ser mezclado con grafito natural poroso. Después del tratamiento térmico, se obtienen compuestos de silicio-grafito.
La ventaja de este método es que el material compuesto tiene una buena estabilidad cíclica.
2) El método de molienda mecánica de bolas consiste en incrustar microesferas de poli (estireno-divinilbenceno) en compuestos de silicio-grafito y preparar compuestos de silicio-grafito mediante molienda de bolas de alta energía.
Las ventajas de este método son: reducir la expansión del volumen del material y mejorar el rendimiento de circulación de los materiales de los electrodos.
2, material compuesto de carbono amorfo de silicio
El carbono no estereotipado es un tipo de material de carbono amorfo, que generalmente se obtiene del craqueo a baja temperatura de materiales poliméricos. La mayoría de ellos tienen una alta capacidad específica reversible y tienen buena compatibilidad con los electrolitos. El uso de carbono amorfo como matriz no solo desempeña un buen papel de amortiguador de volumen, sino que también mejora la conductividad del material.
Los principales métodos para preparar compuestos de silicio-carbono amorfo son la pirólisis y la trituración de bolas de alta energía.
1) La pirólisis es la preparación de compuestos de silicio-carbono mediante pirólisis de resinas fenólicas. El estudio muestra que la capacidad específica reversible del material compuesto después de 10 ciclos es de 640 ~ 1029 mA / g.
La ventaja de este método es que el enlace covalente formado entre la resina fenólica y el silicio aumenta la fuerza de unión entre la sílice, mejora la estabilidad estructural del material y reduce la primera capacidad específica irreversible.
2) La pelota de alta energía método de molienda utiliza monóxido de silicio y sacarosa como materias primas para preparar materiales compuestos de silicio-carbono a través de bolas de alta energía de molienda y subsiguiente pirólisis in situ, en los que las partículas nanosilicato (<UNK> 50 nm) se dispersan de manera uniforme en la matriz de carbono amorfo.
3, material compuesto de silicio-nano carbono
Los compuestos de silico-nano carbono se dividen principalmente en nanotubos de silicio-carbono y silicio-grafeno.
1) compuestos de nanotubos de carbono de silicio
Los métodos de preparación de los compuestos de nanotubos de silicio-carbono incluyen la deposición química en fase de vapor, la molienda de bolas de alta energía y la deposición por láser pulsado. Los nanotubos de carbono son nanotubos que se rizan mediante láminas de grafito de una o varias capas. La distancia entre la capa y la capa es de aproximadamente 0,34 nm, y el espaciado de capa más grande es más propicio para la incrustación y extracción de iones de litio. Debido a la longitud limitada del tubo de carbono, la profundidad del lecho de iones de litio es pequeña, el camino es relativamente corto y el electrodo está menos polarizado al cargar y descargar bajo grandes corrientes. Además, su estructura es estable y su conductividad es buena, por lo que los nanotubos de carbono han recibido una gran atención.
El método de deposición de vapor químico utiliza C8H10, Fe (C5H5) 2 como fuente de carbono y catalizador para preparar primero una matriz de nanotubos de carbono ordenados longitudinalmente, y luego SiH4 como fuente de silicio para depositar nanopartículas en la superficie de los nanotubos de carbono. Se obtuvo el material compuesto de nanotubos de silicio-carbono.
Síntesis de compuestos de nanotubos de silicio-carbono
Este método tiene la ventaja de una buena estabilidad cíclica. La desventaja es que el rendimiento es bajo, el costo de producción es alto y el proceso de preparación es difícil de controlar con precisión y no es adecuado para la producción a gran escala.
2) compuestos de grafeno de silicio
El grafeno tiene propiedades conductoras, térmicas y mecánicas superiores y tiene una gran superficie específica. Todos estos factores favorecen la mejora de las propiedades electroquímicas, por lo que se espera que se utilice como matriz para preparar compuestos de silicio-carbono.
El método de preparación del material compuesto de silicio-grafeno es preparar material compuesto de silicio-grafeno colocando una fuente de silicio y óxido de grafito en agua después de la mezcla ultrasónica y el secado por congelación para obtener polvo seco congelado, colocándolo en una atmósfera no oxidante para la reacción de reducción.
La ventaja de este método es que no hay plantilla, el grado de practicidad es alto y los compuestos de silicio-grafeno resultantes combinan las ventajas de los compuestos de matriz de grafeno y los materiales porosos. Se mejoraron los problemas de baja capacidad específica, rendimiento de ciclo deficiente, relación deficiente y eficiencia de Coulomb baja de los materiales a base de silicio como materiales de electrodo negativo para baterías de iones de litio.
Materiales compuestos de carbono silicio
En la actualidad, los investigadores han realizado grandes avances en la mejora de las propiedades electroquímicas de los materiales de los electrodos mediante la combinación de silicio, carbono y varios metales u óxidos metálicos. Los materiales compuestos de silicocarbono incluyen principalmente materiales compuestos Si 1.81 Co 0.6 Mn 0.6 Al 0.3, materiales compuestos SixCo 0.6 B 0.6 Al 0.2, materiales compuestos Si / MgO / C, etc.
El silicio, el carbono y varios metales u óxidos metálicos pueden mejorar eficazmente la capacidad reversible y el rendimiento cíclico del material. En la etapa actual, la investigación se limita al simple triturado mecánico de bolas y otros métodos de preparación, y todavía hay mucho espacio de investigación en esta área.
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