为什么说硅碳材料是最有潜力的锂电池负极材料?
新能源汽车领域的日趋火爆,吸引着国内外大量企业前赴后继奔赴“战场”,并不新鲜的锰酸锂技术却似乎又开始绽放出引人注目的色彩。技术创新固然可喜,但寻找性价比更高、储藏量更大、具有更多定价话语权的新原材料,才是提升行业终端降本增效能力的治本之法。
硅是目前人类至今为止发现的比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极材料,是一种最有潜力的负极材料,但硅作为锂电池负极应用也有一些瓶颈,第一个问题是硅在反应中会出现体积膨胀的问题。通过理论计算和实验可以证明嵌锂和脱锂都会引起体积变化,这个体积变化是320%。
石墨表面因为导电性特别好,相对来说SEI膜比较均匀,它的组成跟硅负极不一样。中科院科相关学家做了一些尝试在硅上做了碳包覆,为了做对比,我们硅上只做了部分的石墨烯包覆,其他地方空出来。最终看到包覆和不包覆SEI膜的生长情况不一样,碳包覆的SEI膜就明显减少,没有包覆的SEI膜就有很多。
从长期的基础研究来看,碳包覆的作用是:
(1)约束和缓冲活性中心的体积膨胀
(2)阻止纳米活性粒子的团聚
(3)阻止电解液向中心渗透,保持稳定的界面和SEI
(4)硅材料贡献高比容量,碳材料贡献高导电性
硅碳负极具有非常广阔的市场空间
负极材料技术相对比较成熟,且其集中度较高,产能由日本向中国转移比较明显。目前负极材料以碳素材料为主,占锂电池成本较低,在国内基本全面实现产业化。从区域看,中国和日本是全球主要的产销国,动力电池企业采购负极主要来自于日本企业。
硅碳负极材料是未来锂电池负极材料最具应用潜力的,可见硅碳负极材料的市场容量有多大,这也解释了目前为何有众多企业和研究单位布局硅碳负极材料。
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