シリコン-炭素複合リチウム電池用の負極材料の調製方法は何ですか？

シリコンカーボン複合材料は、その優れたサイクル特性と大容量特性により、リチウムイオン電池の負極材料の分野でホットスポットになっています。リチウムイオン電池の新世代負極材料として、グラファイトに代わるものとして期待されています。シリコン-炭素複合法と炭素材料の選択は、複合材料の形態と電気化学的特性に重要な影響を及ぼします。

現在、シリコン-カーボン複合ネガティブ材料のマトリックスとしてのカーボンは、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン、中間相カーボンミクロスフェア、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなどに分類できます。以下は、シリコンカーボン複合負極材料の簡単な紹介です。

シリコンカーボンバイナリコンポジット

1、シリコン-グラファイト複合材料

グラファイトは、リチウムイオン電池で最も広く使用されている負極材料です。それは良い電圧プラットフォームを持っていて、安いです。ラメラ構造は、充電と放電のプロセス中に発生する内部応力を効果的に緩衝することができます。シリコン-グラファイト複合材料の電気化学的特性を最適化する方法は、常に研究の焦点となっています。

シリコン-グラファイト複合材料の主な調製方法は、ゾルゲル法と機械的ボール研削法です。

1）ゾルゲル法では、多孔質の天然黒鉛と混合するシリコンの前駆体としてSi5H10を使用します。熱処理後、シリコン-グラファイト複合材料が得られます。

この方法の利点は、複合材料のサイクル安定性が優れていることです。

2）機械的ボール研削法は、ポリ（スチレン-ジビニルベンゼン）ミクロスフェアをシリコン-グラファイト複合材料に埋め込み、高エネルギーボール研削によってシリコン-グラファイト複合材料を調製することです。

この方法の利点は、材料の体積膨張を減らし、電極材料の循環性能を向上させることです。

2、シリコンアモルファスカーボン複合材料

非ステレオタイプの炭素は一種のアモルファス炭素材料であり、通常、ポリマー材料の低温分解から得られます。それらのほとんどは、高い可逆比容量を持ち、電解質との良好な適合性を持っています。マトリックスとしてアモルファスカーボンを使用すると、優れたボリュームバッファーの役割を果たすだけでなく、材料の導電性も向上します。

シリコンアモルファスカーボン複合材料を調製するための主な方法は、熱分解と高エネルギーボール粉砕です。

1）熱分解は、フェノール樹脂の熱分解によるシリコン-炭素複合材料の調製です。この研究は、10サイクル後の複合材料の可逆比容量が640〜1029 mA / gであることを示しています。

この方法の利点は、フェノール樹脂とシリコンの間に形成される共有結合がシリカ間の結合力を高め、材料の構造安定性を改善し、最初の不可逆的な比容量を減らすことです。

2）方法を研削高エネルギーボールは、シリコン一酸化炭素を使用してその場で研削し、その後の熱分解、高エネルギーボールを介してケイ素 - 炭素複合体を調製するための原材料としてのスクロース、nanosilicate粒子は50nm（<UNK>）が均一に分散しましたアモルファスカーボンマトリックス中。

3、シリコン-ナノカーボン複合材料

シリコナノカーボン複合材料は、主にシリコンカーボンナノチューブとシリコングラフェンに分けられます。

1）シリコンカーボンナノチューブ複合材料

シリコン-カーボンナノチューブ複合材料の調製方法には、化学蒸着、高エネルギーボール研削、パルスレーザー蒸着が含まれます。カーボンナノチューブは、単層または多層のグラファイトシートによってカールしたナノチューブです。層と層との間の距離は約０．３４ｎｍであり、より大きな層間隔は、リチウムイオンの埋め込みおよび抽出をより助長する。カーボンチューブの長さが限られているため、リチウムイオンとみなされる層の深さが浅く、経路が比較的短く、大電流下での充電と放電による電極の分極が少なくなります。また、構造が安定しており、導電性も良好であるため、カーボンナノチューブが注目されています。

化学蒸着法では、C8H10、Fe（C5H5）2を炭素源および触媒として使用して、最初に縦方向に秩序化されたカーボンナノチューブアレイを作成し、次にSiH4をシリコン源として使用してカーボンナノチューブの表面にナノ粒子を堆積します。シリコン-カーボンナノチューブ複合材料が得られた。

シリコン-カーボンナノチューブ複合材料の合成

この方法には、優れたサイクル安定性という利点があります。不利な点は、歩留まりが低く、製造コストが高く、調製プロセスを正確に制御することが困難であり、大量生産には適していないことです。

2）シリコングラフェン複合材料

グラフェンは、優れた導電性、熱的、機械的特性を持ち、高い比表面積を持っています。これらの要因はすべて電気化学的特性の改善につながるため、シリコン-炭素複合材料を調製するためのマトリックスとして使用されることが期待されます。

シリコン-グラフェン複合材料の調製方法は、超音波混合および凍結乾燥後にシリコン源と酸化グラファイトを水中に入れて凍結乾燥粉末を得、還元反応のために非酸化雰囲気に置くことによってシリコン-グラフェン複合材料を調製することです。

この方法の利点は、テンプレートがなく、実用性が高く、得られるシリコン-グラフェン複合材料が、グラフェンマトリックス複合材料と多孔質材料の利点を組み合わせていることです。リチウムイオン電池の負極材料としてのシリコンベースの材料の低い比容量、不十分なサイクル性能、不十分な比率、および低いクーロン効率の問題が改善された。

シリコンカーボン複合材料

現在、研究者たちは、シリコン、炭素、さまざまな金属または金属酸化物の組み合わせにより、電極材料の電気化学的特性を改善することに大きな進歩を遂げています。シリコンカーボン複合材料には、主にSi 1.81 Co 0.6 Mn 0.6 Al 0.3複合材料、SixCo 0.6 B 0.6 Al 0.2複合材料、Si / MgO / C複合材料などが含まれます。

シリコン、炭素、およびさまざまな金属または金属酸化物は、材料の可逆容量とサイクル性能を効果的に向上させることができます。現段階では、研究は単純な機械的ボール研削やその他の準備方法に限定されており、この分野にはまだ多くの研究スペースがあります。

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