La capacità specifica teorica di Si è pari a 4200 mAh/g, che è 10 volte superiore alla capacità specifica teorica della grafite; il potenziale di intercalazione del litio di Si è basso, ovvero 0,37 mV Li/Li+; e Si è il secondo elemento più abbondante sulla terra, che non è dannoso per l'ambiente. Si verificherà la distruzione e il processo di produzione del nano-silicio è maturo ea basso costo, quindi il Si è considerato dai ricercatori il principale materiale anodico per sostituire la grafite in futuro.

Tuttavia, nel processo di intercalazione ed estrazione del litio, il volume di Si si espanderà e si contrarrà e il tasso di variazione può raggiungere il 400%. La variazione di sollecitazione meccanica generata in questo processo fa collassare il materiale dell'elettrodo negativo, la struttura dell'elettrodo è instabile e la pellicola SEI sulla superficie dell'elettrodo negativo è instabile e instabile. Inoltre, Si è un semiconduttore e la sua conduttività è bassa e l'espansione e la contrazione delle nanoparticelle di Si provoca anche la loro graduale rottura dalla rete di trasporto di elettroni e particelle, riducendo ulteriormente la loro conduttività. Tutti questi limitano notevolmente le prestazioni elettrochimiche di Si. Come limitare la variazione di volume di Si e utilizzare meglio il vantaggio di capacità di Si è attualmente la principale direzione della ricerca.

Meccanismo di formazione del film SEI su materiali anodici a base di Si

Come i materiali anodici di grafite, anche i materiali anodici a base di Si formeranno una pellicola SEI sull'interfaccia solido-liquido durante il processo di formazione. Tuttavia, durante l'intercalazione e l'estrazione del litio, il drammatico cambiamento di volume di Si provoca la rottura e continua del film SEI. generato, con conseguenti scarse prestazioni del ciclo della batteria e bassa efficienza coulombica. Pertanto, la ricerca attuale si concentra su come limitare la variazione di volume del Si attraverso la ricombinazione dei materiali, in modo da esercitare il vantaggio di capacità del Si.

In molti studi, il più coinvolto è la composizione del carbonio silicio. Nella produzione effettiva, ci sono vari modi per comporre materiali di silicio e materiali di carbonio. Tra questi, la struttura ideale consiste nell'utilizzare il rivestimento e le strutture in composito di carbonio e silicio incorporate per aiutare il costrutto a formare un film SEI stabile. Ad esempio, la struttura nucleo-guscio formata dopo il rivestimento ha un certo effetto tamponante sull'espansione di Si, che rende il film SEI più stabile e inibisce anche l'agglomerazione delle particelle di Si. Solo se il problema dell'espansione del volume di Si è risolto per primo e le sue caratteristiche di capacità possono essere ben esercitate, ulteriori ricerche come materiale per elettrodi saranno significative.

Quando la capacità del Si come materiale per elettrodi negativi è ben esercitata, l'applicazione di materiali a base di Si nella produzione effettiva diventerà una realtà. Dal punto di vista del processo di produzione della batteria, si studia che le proprietà del film SEI formato sono influenzate dal controllo dei parametri del processo di formazione, e quindi migliorano il Solo le prestazioni della batteria sono di importanza pratica.

Le semicelle sono state fabbricate in laboratorio, utilizzando l'AFM combinato con metodi di caratterizzazione convenzionali e metodi di test delle prestazioni delle batterie agli ioni di litio per esplorare un intervallo di parametri a singola variabile ideale per la formazione del film SEI nella condizione di modificare la corrente di formazione, la temperatura di formazione e sola tensione di interruzione; Quindi, due diverse variabili vengono combinate all'interno dell'intervallo di variabile singola ottimale sopra menzionato e vengono esplorate la combinazione di variabili e l'intervallo di parametri per formare un film SEI più ideale in diverse condizioni di combinazione.

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