グラファイトvsシリコン材料

グラファイト材料はリチウムイオン電池業界のベテランであり、多くの優れた品質を備えています。しかし、近年、高性能ネガティブ素材のグループが登場し、グラファイト素材の地位を脅かし、愛と死のドラマを演じてきました。新しい材料とグラファイトの優れた表現としてのシリコンネガティブ材料は、本当に愛と憎しみです。

シリコン負極材料理論の容量は4200mAh / g以上で、グラファイト負極（372mAh / g）よりもはるかに高く、次世代リチウムイオン電池負極材料の強力な競争相手です。ただし、シリコン負極には自然な欠陥があります。 Siのセルに埋め込まれたリチウムはSi材料の深刻な膨張を引き起こし、それは体積で300％に膨張し、正の材料膨張と粉砕を引き起こし、容量の急激な減少をもたらします。シリコン負極のこれらの欠点を克服するために、科学者は2つの材料を組み合わせ、グラファイトを使用してシリコン負極の欠点を克服します。シリコンはもともとグラファイトの負極を置き換えることを目的としていましたが、最後の2つの材料が一緒になりました。あなたには私がいて、私にはあなたがいます。

シリコンの分配方法によれば、シリコン-炭素複合材料は主にクラッド、埋め込み、および分子接触タイプに分類されます。形態に応じて、粒状と薄膜のタイプに分けられます。シリコンカーボンの種類の数に応じて、シリコンカーボン二成分複合材とシリコンカーボン多成分複合材に分けられます。

高エネルギーボール研削など、シリコン-カーボン複合材料を調製する方法はたくさんあります（両方の機械的活性化方法。その主な原理は、機械的エネルギーを使用して化学反応を誘発したり、材料の構造、構造、特性の変化を誘発したりすることです） 、化学蒸着法（両方ともCVD法）、スパッタリング堆積法（これはガス放電を使用して膜材料を調製するための主な方法です。生成されたイオンは、電界の作用下で、ターゲット材料の高速衝撃が原因で対象材料中の原子が逃げて基板上に堆積して薄膜を形成する）、蒸気めっき法（材料の加熱と蒸発、材料の気化、基板上への堆積による薄膜の形成）、高温割れソリューションなど。

現在、主な方法は高温分解法です。この方法は、他の方法に比べて比較的単純であり、アプリケーションの見通しが良好です。一般的に使用される方法は、ナノ粒子を有機溶媒に分散させ、対応する有機物を加えることです。乾燥後、高温で反応分解反応が起こり、Sicarbon複合材料が形成されます。たとえば、Pengei.Gは、テトラヒドロフランとエタノールの混合溶液にナノメートルのSi、ヘキサクロロサイクリックトリホスホニトリル（HCCP）、4,4'-ジヒドロキシジフェニルスルホキシド（BSP）を添加し、次にトリエチルアミン（TEA）を添加して分散洗浄と乾燥を行いました。高温割れにより、1200 mAh / gを超える比容量と95.6％の40サイクル容量保持率を備えたSi-C複合材料が得られます。

高エネルギーボール研削も研究のホットスポットです。高速ボール研削で発生する力学的エネルギーを利用して、システムの化学反応を促進し、低コストで目的の製品を得ることができます。たとえば、Chil.Hoon etal。高エネルギーボール粉砕法を使用して、最初に鉄粉、銅粉、およびナノシリコン粒子を混合し、次にグラファイトを追加してこのボールで粉砕し、Fe-Cu / Si / C複合材料を取得します。

ガス蒸着は、実験室で一般的に使用される方法です。 Pengei.G etal。ガス蒸着を使用して、ナノメートルのSi粒子の表面に多層カーボンナノチューブ（MWNT）を蒸着し、カーボンナノチューブは良好な導電性ネットワークを形成しました。複合材料の容量とサイクル性能は非常に優れています。初期充電比は1592mAh / g以上に達する可能性があります。 20サイクル後も、比容量は1400 mAh / gに達する可能性があります。

現在、Si-C複合材料の製造方法は数多くあります。いくつかの方法（スパッタリング堆積法など）は、非常に優れたリサイクル性能を備えています。しかし、これらの方法は現在、生産コストが高すぎて大規模に生産できないことを示しています。これにより、本番環境でのアプリケーションが制限されます。現在、より実用的な方法は、高温分解法と高エネルギーボール粉砕法です。プロセスを最適化することで、より優れた性能の製品を得ることができます。

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