¿Cuál es el problema con las baterías de iones de litio que usan cristales de silicio solo como material de electrodo negativo?

La tapa de la batería es una tapa de batería de carcasa cuadrada que sella la celda desnuda desde el exterior. Cada una de las baterías de carcasa cuadrada se compone de una tapa y una carcasa. La tapa incluye principalmente una pieza de tapa, una columna positiva y negativa, y una válvula a prueba de explosión, pieza abatible de varias partes.

La estructura del silicio es diferente a la del grafito (consulte la figura siguiente). El mecanismo de almacenamiento de energía es similar al de los materiales metálicos mediante la aleación y desaleación con iones de litio. La reacción del electrodo de carga-descarga se puede escribir de la siguiente manera:

Si + xLi ++ xe- → LiXSi

Como se puede ver en la figura, durante la carga, los iones de litio se separan del material del electrodo positivo y se intercalan entre las redes cristalinas dentro del cristal de silicio, provocando una gran expansión (alrededor del 300%) para formar una aleación de silicio-litio. Los iones de litio se separan de la red cristalina durante la descarga y se forma un gran espacio.

El uso de un cristal de silicio solo como material de electrodo negativo causa fácilmente los siguientes problemas:

Primero, en el proceso de desintercalación, el volumen del cristal de silicio ha cambiado significativamente. Tal efecto de volumen hace que el material del ánodo de silicio se despegue fácilmente del colector de corriente, provocando corrosión electroquímica y cortocircuito de la lámina expuesta de la pieza polar. Afecta la seguridad y la vida útil de la batería.

En segundo lugar, el carbono de silicio es el mismo elemento del grupo principal, y el SEI también se recubre sobre la superficie del silicio durante la primera carga y descarga. Sin embargo, el peeling causado por el efecto de volumen del silicio provoca la destrucción y reconstrucción repetidas de SEI, aumentando así el litio. El consumo de iones finalmente afecta la capacidad de la batería.

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