W ramach fali przejścia energetycznego innowacje w technologii akumulatorów stały się kluczowe dla rozwoju w wielu dziedzinach. Materiały anody węglowej -, wschodząca gwiazda w litowych - materiałach anodowych akumulatorów jonowych, stopniowo pojawiają się, oferując nową nadzieję na poprawę wydajności baterii i przełamywanie istniejących wąskich gęstości gęstości energii. Ich rozwój przyciąga znaczną uwagę.
I. Przegląd krzemowy - Materiały anody węglowej
(I) Definicja i skład
Materiały anody węglowej - to nowe materiały anodowe utworzone przez łączenie silikonu (SI) i materiałów węglowych w określony sposób. Krzem, z wyjątkowo wysoką teoretyczną pojemnością specyficzną (około 4200 mAh/g), znacznie przekracza tradycyjne materiały anodowe grafitowe (teoretyczna pojemność właściwą około 372 mAh/g), co czyni go idealnym wyborem do zwiększenia gęstości energii akumulatora. Jednak Silicon doświadcza rozszerzenia objętości o ponad 300% podczas ładowania i rozładowania, co poważnie ogranicza praktyczne zastosowanie w akumulatorach. Z drugiej strony materiały węglowe mają doskonałą przewodność, stabilność i pewien stopień elastyczności. Łączenie ich z krzemionem skutecznie łagodzi zmiany objętości krzemu i poprawia stabilność struktury elektrody. Dwa materiały uzupełniają się i razem tworzą podstawowy system krzemu - materiałów anody węglowej.
(Ii) Tło rozwojowe
Wraz z szybkim postępem technologii różne urządzenia elektroniczne i nowe pojazdy energetyczne stawiają coraz większe wymagania dotyczące wydajności baterii, takich jak gęstość energii i zasięg. Po latach rozwoju wydajność tradycyjnych materiałów anodowych grafitowych osiągnęła swoje granice teoretyczne, co utrudnia zaspokojenie popytu rynku na dalszą poprawę wydajności baterii. Na tym tle naukowcy zwrócili uwagę na materiały oparte na krzemach - i, poprzez ciągłe eksplorację, opracowali materiały anodowe węglowe -, mając nadzieję na przełamanie impasu w poprawie wydajności akumulatorów i poprawiła pokrewną branżę w nowy etap rozwoju.
Ii. Zalety techniczne krzemowych - materiały anodowe węglowe
(I) Wysoka gęstość energii
Jak wspomniano powyżej, wysoka pojemność silikonu umożliwia krzem - materiałów anody węglowej przechowywanie większej liczby jonów litowych w akumulatorach, znacznie poprawiając gęstość energii akumulatora. W porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami anodowymi grafitowymi, akumulatory wyposażone w krzem - materiały anody węglowej mogą osiągnąć rzędu wielkości wyższą gęstość energii, zapewniając dłuższą żywotność baterii dla urządzeń elektronicznych i dłuższy zasięg pojazdów elektrycznych. To skutecznie łagodzi obawy dotyczące niewystarczającej mocy baterii w urządzeniach elektronicznych i „lęku zasięgu” pojazdów elektrycznych.
(2) Ulepszona niska - Wydajność temperatury
Badania wykazały, że materiały anody węglowej - wykazują lepszą stabilność cykliczną niż materiały anodowe grafitowe w niskich temperaturach. W zimnych zimach telefony komórkowe i pojazdy elektryczne przy użyciu Materiały anody węglowej - mogą skutecznie złagodzić problem szybkiego drenażu akumulatora, zapewniając, że urządzenia mogą działać normalnie w środowiskach o niskiej temperaturze -, znacznie poprawiając wrażenia użytkownika.
(3) ułatwia szybkie ładowanie
Podczas procesu ładowania jony litowe preferencyjnie osadzały w krzem, a następnie w grafitowe międzywarstwowe. Ta charakterystyka materiałów anody węglowej - zwiększa średni potencjał anody i zmniejsza prawdopodobieństwo sparcia litowego, ułatwiając szybkie ładowanie i spełniające wymagania użytkowników w celu szybkiego uzupełniania baterii.
Proces przygotowania materiałów anody węglowej
(I) mechaniczne frezowanie piłki
Mechaniczne frezowanie piłki jest stosunkowo tradycyjną metodą przygotowania. Obejmuje umieszczenie surowców, takich jak proszek krzemowy i proszek węgla w młynie kulowym. Wysoka - rotacja prędkości kulek mielenia powoduje, że cząsteczki surowca zderzają się, mieszają i udoskonalają, osiągając w ten sposób kompozyt krzemu i węgla. Ta metoda jest stosunkowo prosta i niski - koszt, ale cierpi z powodu takich problemów, jak słaba jednolitość mieszania i trudność w precyzyjnym kontrolowaniu wielkości cząstek, co powoduje ograniczoną stabilność wydajności powstałego silikonu - materiał anody węglowej.
(Ii) chemiczne osadzanie pary (CVD)
W ostatnich latach stopniowo pojawiła się nowa generacja procesów przygotowawczych, reprezentowana przez CVD. W CVD gaz silanowy jest pirolizowany w wysokich temperaturach, co powoduje wytrącanie i jednolitą dyspersję nanocząstek krzemu w porach porowatych węgla. Ta porowata rama węgla nie tylko znacząco łagodzi ekspansję krzemu podczas ładunku i rozładowania, ale także zapewnia ścieżki szybkiego transportu jonów litowych, skutecznie poprawiając szybkie wyniki ładowania materiału -.
Krzem - Materiały elektrody negatywnej węglowej przygotowane metodą CVD mają zalety niskiej szybkości ekspansji, doskonałej wydajności cyklu i większej gęstości energii i są uważane za trasę przygotowania głównego nurtu dla następnej generacji krzemowej - negatywnych materiałów elektrodowych.