硅負極材料
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-11
硅負極材料的實例教程
【成果簡介】
相對于傳統石墨負極材料（372 mAh/g），硅負極材料具有極高的理論比容量（3580 mAh/g），是未來高能量密度動力鋰離子電池負極材料首選。但硅負極材料在充放電循環過程中存在體積變化（高達3倍以上），造成硅顆粒粉化，從而引發SEI膜反復再生庫倫效率低，電接觸變差極化增大，使實際硅負極材料循環壽命和倍率性能較差。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室自2011年開展硅基負極材料的研究開發，已取得系列進展。2012年報道了一種三維多孔的納米硅/石墨烯復合負極材料。近日，又報道了一種新型二維納米硅/二氧化硅復合負極材料（2D nano-Si/SiO2）。該工作利用層狀結構CaSi2的拓撲轉變，在酸性溶液中化學剝離Ca原子，留下單原子層褶皺狀硅烯，由于Si原子只存在sp3雜化，硅烯極不穩定，在水溶液中氧化得到亞穩態二維硅氧烯，二維硅氧烯經過合適的熱處理條件脫水歧化得到二維納米硅/二氧化硅復合負極材料（2D nano-Si/SiO2），其中納米硅均勻分散于無定型硅氧化物。二維結構可有效減少鋰離子遷移路程，納米硅和硅氧化物可有效降低了體積膨脹率，因此采用該方法制備的2D nano-Si/SiO2@C表現出優異的循環穩定性和倍率性能。該研究工作以“Two-dimensional silicon suboxides nanostructures with Si nanodomains confined in amorphous SiO2 derived from siloxene as high performance anode for Li-ion batteries”為題發表在Nano Energy上。
【圖文導讀】
圖1 示意圖及性能表征
（a）硅氧烯剝離過程示意圖。
（b）硅氧烯分子結構示意圖。
展開 ，以水溶性聚合物羧甲基殼聚糖和納米硅為前驅體，采用一步噴霧干燥法制備了多尺寸三維微球硅負極材料。
硅負極的優勢在哪里
石墨的理論能量密度是372 mAh/g，而硅負極的理論能量密度超其10倍，高達4200mAh/g，而且還具有環境友好、儲量豐富等特點， 通過在石墨材料加入硅來提升電池能量密度已是業界公認的方向之一，日韓等大電芯廠商都在做硅碳負極電池的商業化，包括比亞迪、力神、比克、萬向等國內電池廠商也在跟蹤，但是至目前為止還沒有看到量產的產品。特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上，特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上。
硅材料在鋰電池的應用
硅材料在鋰離子電池中的應用，主要涉及兩方面，一是在負極材料中加入納米硅，形成硅碳負極，二是在電解液中加入有機硅化合物，改善電解液的性質。
(一)納米硅：鋰電負極材料的重要成員
納米硅，指的是直徑小于5納米的晶體硅顆粒，是一種重要的非金屬無定形材料，常由溶膠凝膠法等方法制備而成。納米硅粉具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低等特點，且無毒、無味。 納米硅的應用領域廣泛：①與石墨材料組成硅碳復合材料，作為鋰離子電池的負極材料，大幅提高鋰離子電池的容量，這是我們關注的重點;②用于制造耐高溫涂層和耐火材料;③與金剛石高壓下混合形成碳化硅-金剛石復合材料，用做切削刀具;④可與有機物反應，作為有機硅高分子材料的原料;⑤金屬硅通過提純制取多晶硅;⑥半導體微電子封裝材料;⑦金屬表面處理。
(二)有機硅：鋰電電解液的功能添加劑
有機硅，是一類人工合成的，結構上以硅原子和氧原子為主鏈的一種高分子聚合物。由于構成主鏈的硅-氧結構具有較強的化學鍵結，因此有機硅高聚物的分子比一般有機高聚物對熱、氧穩定得多。
展開 全電池在1 C下的循環性能和庫倫效率；c) D-SiO@G//LFP全電池成功點亮LED矩陣
總之，作者以煤炭腐殖酸為碳源，開發了一種簡單的原位合成高性能鋰離子電池氧化亞硅和石墨烯負極材料方法，作者用各種表征方法證實了同時發生的腐殖酸向石墨烯的轉化和氧化亞硅的歧化反應，其中包覆良好的石墨烯層阻止了電解液與氧化亞硅顆粒之間的反應，同時顯著提高了氧化亞硅負極的導電性。
同時，中國在新能源電池的核心技術方面也不斷傳來好消息，80歲的中國鋰電池第一人陳立泉帶著他的團隊研發出了新型的電池材料。
新型納米硅鋰電池問世，容量是傳統鋰電池的5倍
80歲的中國工程院院士陳立泉是中國鋰電產業的奠基人。上世紀80年代，陳立泉和團隊在中國率先開展了固體電解質和鋰二次電池研究。1996年，他帶領科研團隊在國內率先研制出鋰離子電池，率先解決了國內鋰離子電池規模化生產的科學技術與工程問題，實現了國內鋰離子電池的產業化。
在江蘇溧陽，陳立泉院士的得意門生李泓，帶領團隊經過二十多年的技術攻關，在一項鋰電池關鍵原材料上獲得了突破，并在2017年進行了量產。
納米硅負極材料是他們自主研發的新材料，用它做成的紐扣電池，其容量是傳統石墨鋰電池的5倍。
天目先導電池材料科技有限公司總經理羅飛
硅在自然界中廣泛存在，儲量豐富，砂子的主要成分就是二氧化硅。但是要把金屬硅做成硅負極材料，就要進行特殊的加工處理。在實驗室里，完成這樣的加工處理并不是難事，但是要做成噸級的硅負極材料，這就需要大量的技術攻關和試驗。
中科院物理所從1996年就開始研究納米硅，2012年開始做硅負極材料生產線，直到2017年才做出第一條生產線，而且不停地調整修正。經歷過幾千次的失敗才批量生產出了硅負極材料。目前，溧陽這家工廠年產鋰離子電池硅負極材料可以達到2000噸。
如果說硅負極材料是未來提高鋰電池能量密度的一個很好的選擇，那么固態電池技術則是解決目前鋰電池安全性、循環壽命等問題的一種公認的有效解決方案。當前很多國家都在積極布局固態電池的研制，中國在固態鋰電池技術方面的研發也在與國際同步。
在溧陽的這家工廠里，采用了李泓教授帶領團隊研發的固態鋰電池的無人機，續航里程比同樣規格的無人機，增加了20%。
展開 
硅負極材料的相關專題、標簽、搜索
硅負極材料的最新內容
深圳安品材料有限公司，始建于2004年，總部位于深圳市寶安區福永福海信息港，是一家致力于高分子新材料研究開發，生產及經營的國家級高新技術企業。目前旗下有八家子公司——天津辦事處、蘇州辦事處、香港辦事處、武漢辦事處、廈門辦事處等。
目前主要產品布局在有機硅、環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂，相關樹脂的改性及石墨烯、高導熱復合、高導電復合、有機耐火材料、壓敏膠等領域，
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
微納電子器件的爆炸式增長刺激了對高性能熱界面材料(TIM)的需求，以解決其過熱問題。考慮到電絕緣性和柔韌性，采用高導熱填料的聚合物基復合材料(包括金屬、碳和陶瓷材料)受到了廣泛的關注。然而，金屬或碳填充復合材料的導電性不可避免的限制了其在電子器件中的應用
文章來源：半導體材料與工藝設備
在設計具有高彈性和高機械強度的粘結劑方面的最新研究進展確實極大地改善了裸SiMP的可循環性，這也可用于當前含硅的商用負極材料，以進一步改善其性能。由于SiMP的顯著各向異性體積膨脹，碳涂層很容易被破壞，從而難以保持電極結構的完整性。
汽車用高能電池需要電池持續使用十年以上，因此其長期穩定性至關重要。這對于新興的含硅電池來說很重要，但是這方面的信息卻是缺乏的。目前大部分關于硅負極的研究都集中在循環過程中體積變化帶來的影響，但對含硅電池隨時間變化的退化情況很少有研究。以化學儲量的電池的經濟可行性取決于其總服務時間。在這些情況下，必須考慮鋰離子電池可能會在完全沒有循環運行的情況下，因為長時間存放而老化。這種因為時間而導致的性能衰減被
在本工作中，作者通過一步噴霧干燥法制備了無需熱處理的含有納米硅和水溶性聚合物羧甲基殼聚糖的多尺寸3D微球硅負極材料。
大量研究表明，通過雜原子摻雜提高碳質陽極的倍率能力是由于層間距的擴大增加了二次控制的工作容量，從而提高了碳陽極的倍率性能，最終提高了碳陽極的倍率性能。然而，當掃描速率大于1 mV s-1時，擴散控制的容量的比例小于30%，則說明對炭質陽極倍率能力提高原理的認識仍然不準確。 中南大學梁叔全等人研究發現，雜原子摻雜對體相碳層間距影響不大，說明摻雜難以提高擴散效應的控制能力。然而，在拉應力協同作用下，次
來源：頭豹研究院
中科院物理所從1996年就開始研究納米硅，2012年開始做硅負極材料生產線，直到2017年才做出第一條生產線，而且不停地調整修正。經歷過幾千次的失敗才批量生產出了硅負極材料。目前，溧陽這家工廠年產鋰離子電池硅負極材料可以達到2000噸。
如果說硅負極材料是未來提高鋰電池能量密度的一個很好的選擇，那么固態電池技術則是解決目前鋰電池安全性、循環壽命等問題的一種公認的有效解決方案。
大田研究院計劃通過高鎳正極材料、硅負極材料等新一代電池材料和未來工藝創新，開發差異化產品。LG新能源計劃在2023年之前在大田增建研發大樓。
LG新能源還將加強與韓國國內材料零部件和設備廠商的合作。LG新能源正在擴大材料零部件裝備的韓國國產化比重。據業界統計，LG新能源的材料、零部件和設備本土化占比分別達到43%、72%和87%。
