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江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 2020-06-18 點擊643次
電極的能量密度與負極材料的克容量呈正相關。目前,高端石墨的克容量已達到360-365mah/g,接近理論克容量372mah/g,因此,從負極材料的角度來看,電池能量密度的提高需要開發(fā)一種具有更高容量的負極材料。
硅基負極材料具有最廣闊的商業(yè)前景。硅基負極材料中的Si和Li+發(fā)生合金化反應,最大容量為4200mah/g,是石墨的10倍以上。硅的電化學嵌鋰電位也很低(約0.4Vvs.Li/里+它是下一代高能量密度鋰離子電池的潛在負極材料。
硅基負極材料產業(yè)化的關鍵是:硅鋰合金在充放電過程中伴隨著巨大的體積變化,體積變化劇烈。最大膨脹率可達320%,而碳材料的膨脹率僅為16%。巨大的體積變化導致了以下挑戰(zhàn):硅顆粒破碎和粉碎、負活性物質從電極上脫落、固相電解質層(SEI膜)因粉碎和脫落而連續(xù)形成,鳳谷高溫燒結爐,以動態(tài)翻滾形式加熱硅顆粒。目前主要涉及材料設計(納米硅、硅碳涂層、氧化硅添加等)和電池體系優(yōu)化(FEC、VC、Cm-sbr、聚丙烯酸鋰等電解液添加劑的選擇以及導電劑的優(yōu)化)。
碳包覆氧化硅和納米碳化硅的制備方法很多,商品化程度高,制備工藝比石墨復雜,產品未達到標準。目前,碳包覆氧化硅和納米碳化硅是兩種商業(yè)化程度最高的負極材料。硅基負極材料產業(yè)化時間短,日本企業(yè)居世界領先地位,日本日立、塘棲等國內貝特瑞企業(yè)居世界領先地位。2015年以來,他們先后將硅基負極材料應用于消費電池和動力電池,推動了硅基負極材料的產業(yè)化應用。從國內來看,根據(jù)對高技術產業(yè)鋰電池的研究,目前能批量生產硅基負極材料的企業(yè)不超過3家,其中貝特利是國內領先企業(yè),2017年實現(xiàn)了批量生產和出貨?,F(xiàn)在它已經(jīng)成功進入松下特斯拉的供應鏈。