Die theoretische spezifische Kapazität von Si beträgt bis zu 4200 mAh/g, was zehnmal höher ist als die theoretische spezifische Kapazität von Graphit; das Lithium-Interkalationspotential von Si ist niedrig und beträgt 0,37 mV Li/Li+; und Si ist das zweithäufigste Element auf der Erde, das für die Umwelt nicht schädlich ist. Es wird zu Zerstörungen kommen, und der Herstellungsprozess von Nano-Silizium ist ausgereift und kostengünstig, sodass Si von Forschern als das wichtigste Anodenmaterial angesehen wird, um Graphit in Zukunft zu ersetzen.

Beim Prozess der Lithiuminterkalation und -extraktion wird sich das Si-Volumen jedoch ausdehnen und zusammenziehen, und die Änderungsrate kann 400% erreichen. Die in diesem Prozess erzeugte mechanische Spannungsänderung lässt das Material der negativen Elektrode kollabieren, die Elektrodenstruktur wird instabil und der SEI-Film auf der Oberfläche der negativen Elektrode ist instabil und instabil. Darüber hinaus ist Si ein Halbleiter und seine Leitfähigkeit ist gering, und die Ausdehnung und Kontraktion von Si-Nanopartikeln führt auch dazu, dass sie sich allmählich aus dem Transportnetzwerk von Elektronen und Partikeln lösen, wodurch ihre Leitfähigkeit weiter verringert wird. All dies schränkt die elektrochemische Leistung von Si stark ein. Wie man die Volumenänderung von Si begrenzen und den Kapazitätsvorteil von Si besser nutzen kann, ist derzeit die Hauptforschungsrichtung.

Bildungsmechanismus des SEI-Films auf Si-basierten Anodenmaterialien

Wie Anodenmaterialien aus Graphit bilden auch Anodenmaterialien auf Si-Basis während des Bildungsprozesses einen SEI-Film an der Fest-Flüssig-Grenzfläche. Während der Einlagerung und Extraktion von Lithium führt jedoch die dramatische Volumenänderung von Si dazu, dass der SEI-Film kontinuierlich reißt. erzeugt, was zu einer schlechten Batteriezyklusleistung und einem niedrigen Coulomb-Wirkungsgrad führt. Daher konzentriert sich die aktuelle Forschung darauf, wie die Volumenänderung von Si durch die Rekombination von Materialien begrenzt werden kann, um den Kapazitätsvorteil von Si auszuüben.

In vielen Studien ist das Kompoundieren von Siliziumkohlenstoff am aufwändigsten. In der tatsächlichen Produktion gibt es verschiedene Möglichkeiten, Siliziummaterialien und Kohlenstoffmaterialien zu kompoundieren. Unter diesen besteht die ideale Struktur darin, Ummantelungen und eingebettete Silizium-Kohlenstoff-Verbundstrukturen zu verwenden, um dabei zu helfen, dass das Konstrukt einen stabilen SEI-Film bildet. Beispielsweise hat die nach dem Beschichten gebildete Kern-Hülle-Struktur eine gewisse Pufferwirkung auf die Ausdehnung von Si, was den SEI-Film stabiler macht und auch die Agglomeration von Si-Partikeln hemmt. Nur wenn zuerst das Problem der Volumenausdehnung von Si gelöst wird und seine Kapazitätseigenschaften gut genutzt werden können, wird die weitere Forschung als Elektrodenmaterial sinnvoll sein.

Wenn die Kapazität von Si als Negativelektrodenmaterial gut ausgeschöpft ist, wird die Anwendung von Materialien auf Si-Basis in der tatsächlichen Produktion Realität. Aus der Perspektive des Batterieherstellungsprozesses wird untersucht, dass die Eigenschaften des gebildeten SEI-Films durch Steuern der Parameter des Bildungsprozesses beeinflusst werden und dann die Batterieleistung verbessern. Nur die Batterieleistung ist von praktischer Bedeutung.

Halbzellen wurden im Labor unter Verwendung von AFM in Kombination mit herkömmlichen Charakterisierungsmethoden und Lithium-Ionen-Batterieleistungstestmethoden hergestellt, um einen idealen Parameterbereich mit einer einzigen Variablen für die SEI-Filmbildung unter der Bedingung zu untersuchen, dass der Formationsstrom, die Formationstemperatur und geändert werden Abschaltspannung allein; Dann werden zwei verschiedene Variablen innerhalb des oben erwähnten optimalen Einzelvariablenbereichs kombiniert, und die Variablenkombination und der Parameterbereich werden untersucht, um einen idealeren SEI-Film unter verschiedenen Kombinationsbedingungen zu bilden.

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