Materiales de grafito vs silicio

El material de grafito es un veterano de la industria de las baterías de iones de litio y tiene muchas cualidades excelentes. Sin embargo, con la aparición de un grupo de materiales negativos de alto rendimiento en los últimos años, ha amenazado el estado de los materiales de grafito y ha representado un drama de amor y muerte. Los materiales negativos de silicio como representación sobresaliente de nuevos materiales y el grafito son realmente amor y odio.

La teoría del material del electrodo negativo de silicio tiene una capacidad de 4200 mAh / go más, que es mucho más alta que el electrodo negativo de grafito (372 mAh / g) y es un poderoso competidor para la próxima generación de materiales de electrodo negativo de batería de iones de litio. Sin embargo, existe un defecto natural en el electrodo negativo de silicio. El litio incrustado en la celda de Si causará una expansión seria del material de Si, que se expandirá hasta un 300% en volumen, causando una expansión y pulverización positivas del material, lo que dará como resultado una rápida disminución de la capacidad. Para superar estas desventajas de los polos negativos de silicio, los científicos combinan los dos materiales y utilizan grafito para superar las desventajas de los polos negativos de silicio. Aunque el silicio originalmente estaba destinado a reemplazar el electrodo negativo de grafito, los dos últimos materiales se juntaron. Tú me tienes y yo te tengo a ti.

Según el método de distribución de silicio, los compuestos de silicio-carbono se dividen principalmente en tipos de revestimiento, incrustación y contacto molecular. Según la morfología, se dividen en tipos de película granular y fina. De acuerdo con el número de tipos de silicio-carbono, se dividen en compuestos binarios de silicio-carbono y compuestos multicomponentes de silicio-carbono.

Existen muchos métodos para preparar compuestos de silicio-carbono, como la molienda de bolas de alta energía (ambos métodos de activación mecánica, su principio principal es utilizar energía mecánica para inducir reacciones químicas o inducir cambios en la estructura, estructura y propiedades del material) , precipitación de vapor químico (ambos métodos CVD), método de deposición por pulverización catódica (este es el método principal para preparar materiales de membrana, utilizando descarga de gas. Los iones producidos, Bajo la acción del campo eléctrico, el bombardeo de alta velocidad del material objetivo causa el átomos en el material objetivo para escapar y depositarse en el sustrato para formar una película delgada), método de enchapado al vapor (calentamiento y evaporación del material, vaporización del material y depositarlo sobre el sustrato para formar una película delgada), agrietamiento a alta temperatura solución, etc.

En la actualidad, el método principal utilizado es el método de craqueo a alta temperatura. Este método es relativamente simple en comparación con otros métodos y tiene una buena perspectiva de aplicación. El método comúnmente utilizado es dispersar las nanopartículas en solventes orgánicos y agregar la materia orgánica correspondiente. Después del secado, la reacción de craqueo se produce a alta temperatura para formar un material compuesto de Sicarbon. Por ejemplo, Pengei.G agregó nanómetros de Si, trifosfonitrilo hexaclorocíclico (HCCP) y 4,4 '-dihidroxidifenilsulfóxido (BSP) a una solución mixta de tetrahidrofurano y etanol, y luego agregó trietilamina (TEA) para una limpieza y secado descentralizado. El agrietamiento a alta temperatura da como resultado un material compuesto de Si-C con una capacidad específica de más de 1200 mAh / gy una tasa de retención de capacidad de 40 ciclos del 95,6%.

La molienda de bolas de alta energía también es un punto de acceso para la investigación. Utilizando la energía mecánica producida por la molienda de bolas a alta velocidad, promueve la reacción química del sistema y obtiene el producto objetivo a menor costo. Por ejemplo, Chil.Hoon et al. Utilice un método de molienda de bolas de alta energía para mezclar primero polvo de hierro, polvo de cobre y partículas de nanosilicio, y luego agregue grafito para moler en esta bola para obtener un material compuesto de Fe-Cu / Si / C.

La deposición de gas es un método de uso común en el laboratorio. Pengei.G y col. utilizó la deposición de gas para depositar nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWNT) en la superficie de partículas nanométricas de Si, y los nanotubos de carbono formaron una buena red conductora. La capacidad y el comportamiento cíclico de los materiales compuestos son muy buenos. La relación de carga inicial puede alcanzar los 1592 mAh / go más. Después de 20 ciclos, la capacidad específica aún puede alcanzar los 1400 mAh / g.

En la actualidad, existen muchos métodos para preparar materiales compuestos de Si-C. Algunos métodos (método de deposición por pulverización catódica, etc.) tienen un rendimiento de reciclaje muy bueno. Sin embargo, estos métodos muestran actualmente que el costo de producción es demasiado alto para producir a gran escala. Esto limita su aplicación en producción. En la actualidad, los métodos más prácticos son el método de craqueo a alta temperatura y el método de trituración de bolas de alta energía. El producto con mejor rendimiento se puede obtener optimizando el proceso.

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