リチウムイオン電池のシリコンベースのアノード材料を多孔質でナノメートルにする方法は？

元素シリコンの改質では、第2成分を組み込んでSi-M合金を形成するか、シリコン合金の体積膨張係数を下げるか、さまざまな工学的手法によってシリコンを多孔質にしてナノサイズにし、シリコンは予約済みです。スペース、材料サイクルの安定性に対するシリコン体積効果の影響を低減します。

シリコンの気孔率

一方では、多孔質シリコンは、電解質と接触するシリコン主材料の比表面積を増加させ、材料へのリチウムイオンの輸送効率を改善し、材料の導電性を高めることができ、他方では、充電および放電の過程でシリコンに使用できます。体積膨張予約スペース、極性膜に対するシリコン体積効果の低減効果。多孔質シリコンは、シリコンの体積効果を解決するための効果的な手段と広く見なされてきました。図1に多孔質シリコンのSEM形態を示します。

Tang etal。 PVAカーボンコーティング、HF酸エッチングおよびビチューメン二次コーティングによって多孔質Si / C複合負極材料を調製しました。結果は、二次被覆アスファルト含有量が40％（質量分率）の場合、サンプルの2週目の充電および放電サイクルの放電容量が100 mA / gの電流密度で773mAh / gに達することを示しています。 60週間の循環では、比容量は669 mAh / gのままであり、容量損失率は1週間あたりわずか0.23％でした。材料は良好なサイクル安定性を示した。

ハンら。電気化学的エッチングと高エネルギーボール研削法の組み合わせ。ベースプレートにP型Si、エッチング液にHF溶液を使用し、気孔率70％の多孔質シリコン薄膜を作製した後、PANでボールを粉砕・熱処理した。炭素でコーティングされた多孔質シリコン負極材料を調製した。 0.1 Cで120サイクル後のサンプルの可逆比容量は、1179 mAh / gであり、優れた電気化学的性能を備えています。この方法は安価であり、多孔質シリコン材料の大規模な調製に適しています。

シリコンのナノ結晶化

シリコンベースのアノード材料の研究者は、一般に、シリコンのスケールがある程度小さい場合、シリコンの体積効果の影響を比較的減らすことができ、小さな粒子のシリコンは対応する分散技術と一致すると考えています。シリコン粒子のために十分に予約するのは簡単です。膨張空間であるため、シリコンのナノ結晶化は、シリコンベースのアノード材料の商品化を解決するための重要な方法であると考えられています。

王ら。 ZnOナノワイヤテンプレート法を使用して、カーボンマトリックス上にシリコンナノチューブアレイを成長させ、シリコンナノチューブアレイに対するカーボンコーティングの効果を比較しました。その結果、カーボンコーティング後のシリコンナノチューブアレイは良好なサイクル安定性を示し、100サイクル後に放電容量は3654mAh / gに達した。

Sun etal。プラズマ支援放電法を使用して、ナノシリコンと膨張黒鉛からSi /グラファイトナノシートを作成し、リチウムイオン電池のアノード材料として使用しました。結果は、合成されたSi / C複合サンプルが良好なサイクル安定性を持ち、リチウムインターカレーションの比容量が1000 mAh / gであることを示しています。 350週間のサイクルまで容量の損失はなく、クーロン効率は99％を超えています。

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