¿Cómo hacer que el material del ánodo a base de silicio de la batería de iones de litio sea poroso y nanométrico?

Para la modificación del silicio elemental, la aleación Si-M se forma mediante la incorporación del segundo componente, el coeficiente de expansión de volumen de la aleación de silicio se reduce o el silicio se hace poroso y nanométrico mediante diversas técnicas de ingeniería, y la expansión de volumen de el silicio está reservado. Espacio, reduciendo el efecto del volumen de silicio sobre la estabilidad del ciclo del material.

Porosidad del silicio

Por un lado, el silicio poroso puede aumentar el área de superficie específica del material principal de silicio en contacto con el electrolito, mejorar la eficiencia de transporte de iones de litio en el material, mejorar la conductividad del material y, por otro lado, se puede utilizar para silicio en el proceso de carga y descarga. El espacio reservado de expansión de volumen, El efecto de reducir el efecto de volumen de silicio en las películas polares. El silicio poroso ha sido ampliamente considerado como un medio eficaz para resolver el efecto de volumen del silicio. La Fig. 1 muestra la morfología SEM del silicio poroso.

Tang y col. preparó materiales de electrodo negativo compuestos de Si / C porosos mediante revestimiento de carbón PVA, grabado con ácido HF y revestimiento secundario de betún. Los resultados muestran que cuando el contenido de asfalto revestido secundario es del 40% (fracción de masa), la capacidad de descarga del ciclo de carga y descarga en la segunda semana de la muestra alcanza 773 mAh / ga una densidad de corriente de 100 mA / g. A las 60 semanas de circulación, la capacidad específica se mantuvo en 669 mAh / gy la tasa de pérdida de capacidad fue solo del 0,23% por semana. El material mostró una buena estabilidad cíclica.

Han y col. grabado electroquímico combinado con método de molienda de bolas de alta energía. Se usó Si tipo P como placa base, se usó solución de HF como fluido de grabado, se obtuvo material de película delgada de silicio poroso con una porosidad del 70%, y luego la bola se trituró y se trató térmicamente en PAN. Se preparó un material de electrodo negativo de silicio poroso revestido con carbono. La capacidad específica reversible de la muestra después de 120 ciclos por debajo de 0,1 C es de 1179 mAh / g, lo que tiene un buen comportamiento electroquímico. El método es económico y adecuado para la preparación a gran escala de materiales de silicio porosos.

Nanocristalización de silicio

Los investigadores de materiales de ánodos a base de silicio generalmente creen que cuando la escala de silicio es pequeña hasta cierto punto, el efecto del efecto de volumen de silicio puede reducirse relativamente y el silicio de partículas pequeñas se combina con la tecnología de dispersión correspondiente, y es fácil de reservar lo suficiente para las partículas de silicio. El espacio de expansión, por lo que la nanocristalización de silicio se considera una vía importante para solucionar la comercialización de materiales de ánodos a base de silicio.

Wang y col. utilizó el método de plantilla de nanocables de ZnO para hacer crecer matrices de nanotubos de silicio en matrices de carbono y comparó los efectos del recubrimiento de carbono en matrices de nanotubos de silicio. Los resultados mostraron que la matriz de nanotubos de silicio después del recubrimiento de carbono mostró una buena estabilidad cíclica y la capacidad de descarga alcanzó 3654 mAh / g después de 100 ciclos.

Sun y col. utilizó un método de descarga asistida por plasma para preparar nanohojas de Si / grafito a partir de nano-silicio y grafito expandido, y las utilizó como materiales de ánodo para baterías de iones de litio. Los resultados muestran que la muestra compuesta de Si / C sintetizada tiene una buena estabilidad de ciclo y la capacidad específica de intercalación de litio es de 1000 mAh / g. No hay pérdida de capacidad hasta el ciclo de 350 semanas y la eficiencia culómbica es superior al 99%.

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