シリコンカーボン材料が最も可能性のあるリチウム電池のカソードであるのはなぜですか？

シリコンはこれまでのところ、最高の比貯蔵量（4200 mAh / g）を持つリチウムイオン電池のカソード材料で発見されています。これは最も有望なアノード材料の1つですが、シリコンリチウム電池として、いくつかのマイナスのアプリケーションのボトルネックがあります。最初の質問は、シリコンが反応体積の拡大に現れる可能性があるということです。理論計算と実験により、埋め込まれたリチウムと埋め込まれていないリチウムが体積変化を引き起こす可能性があることが証明できます。音量変化は320％です。どんな材料を作っても、マイクロレベル、シリコン原子スケール、ナノメートルスケールで、その膨張は300％です。材料設計では、大きな体積変化を考慮する必要があります。大容量の材料は、地元の農産物の力学の問題につながります。一連の基礎研究は、それがひび割れて深刻な損傷を形成する可能性があることを証明しています。

シリコンの体積膨張は一連の結果につながります

1.粒子の粉砕、サイクル性能が悪い

2.導電剤バインダーと接触する活性物質が少ない

2つ目の問題は、シリコン表面のSEI膜が比較的厚く、不均一であり、温度と添加剤の影響が非常に大きく、特定のエネルギーでリチウムイオン電池に影響を与える可能性があることです。

グラファイト表面の電気伝導率が特に良好であるため、SEIは比較的均一であり、その組成はシリコンアノードと同じではありません。この問題を研究するために、中国科学院関連の科学者がモデル材料を作成し、ナノメートルがカラムによるシリコンマイクロマシニングを作成しました。 SEIの充放電過程でのこの材料の成長を観察すると、サイクル時間の増加に伴い、カバーも約4.5成長し続けた後、SEIは徐々に中央のギャップを埋めるシリコンカラムを回転させることがわかりました。ミクロン、処理なしのシリコン表面、SEIは非常に厚く成長する可能性があります。つまり、多孔質であり、溶剤は常にシリコン表面に浸る可能性があるため、すべてのバッテリーの設計は良くありません。この問題を解決する方法として、科学者に関連する中国科学院は、シリコンにカーボンコーティングを施そうとしました。比較のために、シリコンコーティングにグラフェンの一部のみを施し、他の場所では解放しました。最後に、SEI膜成長のコーティングとコーティングを参照してください。カーボンコーティングされたSEIは大幅に減少し、コーティングされていないSEIフィルムが多数あります。

長期的な基礎研究の観点から、（1）ナノシリカ粉末を通して。 （2）シリコンカーボンコーティング。このような技術は、リチウム電池のカソードのシリコン応用における問題を効果的に解決することができます。ナノ炭化ケイ素または酸化物とシリコン炭素、シリコンは、次のことを行うよう努めています。

シリコンの粒度：<20 nmは可能な限り小さい（理論）

均一性：標準偏差は5nm未満です

：純度> 99.95％

外観：球面率100％

さらに、完全なコーティングの表面は、シリコンと電解質の接触を防ぎ、厚いSEIフィルムの消費を生み出すために非常に重要です。設計の微細構造も非常に重要であり、循環、イオンチャネル、ボリュームの拡張の過程で電気的接触を維持したい。

カーボンコーティングのメカニズムは次のとおりです。Siは、グラファイトとアモルファスコーティング層によって一緒に想定される体積膨張であり、大きな体積変化と応力による埋め込み粉砕でのリチウムプロセスの負極材料を回避します。カーボンコーティングの効果は次のとおりです。

（1）活性部位の制約とバッファー量の拡大

（2）ナノ粒子の活性の再結合を防ぐ

（3）電解液が中心に浸透するのを防ぐために、安定した界面とSEIを維持します

（4）シリコン寄与率容量、高導電率への炭素材料寄与

シリコンカーボンネガは非常に広い市場空間を持っています

アノード材料技術は比較的成熟しており、その集中度は高く、日本から中国への移転能力があります。現在、アノード材料は、炭素材料、リチウム電池の低コスト、中国での基本的な包括的な実現工業化を優先しています。この地域から、中国と日本は世界の主要な生産とマーケティングであり、パワーバッテリー企業は主に日本からカソードを購入しています。

近年、中国の生産と技術の継続的な改善により、中国はアノード材料の原料の主な起源であり、リチウム電力産業は中国に移転し、市場シェアを拡大しています。シリコンカーボンアノード材料はリチウム電池の未来ですカソード材料は最も潜在的な用途であり、シリコンカーボンアノード材料の市場容量はどれほど大きいか、これはまた、シリコンカーボンアノード材料をレイアウトする多くの企業や研究ユニットがある理由を説明しています。

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