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动力电池硅基负极产业报告:下一代产业趋势,硅碳负极、硅氧负极(19页)

行业报告下载 2020-06-03 1 管理员

由于硅材料在充放电过程中与锂合金化反应,存在严重的体积效应,导致循环性能及库 伦效率较差,大规模商业化仍存掣肘。硅材料在储锂过程与锂离子加成反应形成合金相, 因此存在严重的体积效应。在充电过程中膨胀率可达 300%(碳材料只有 16%),放电 时体积收缩,反复的体积变化容易引致硅颗粒破裂、材料粉化、极片脱落等问题,从而 导致循环性能较差。 同时在膨胀过程中容易导致负极表面的 SEI 膜(固体电解质界面膜,避免因溶剂分子共 嵌入对负极材料造成破坏)破碎,而在放电过程中 SEI 膜重新形成。因此硅表面的 SEI 膜始终处于破坏-重构的动态过程中,最终导致 SEI 膜厚度持续增加,界面阻抗升高,活 性物质消耗,致使容量衰减,库伦效率较差。

通过材料改性及电池体系优化,提升循环寿命及首次效率是硅基材料大规模商业化应用 的关键。 材料改性:主要包括结构化改性和碳包覆改性。通过纳米化、氧化亚硅及碳包覆等 手段形成硅碳复合材料减小体积效应对硅颗粒及 SEI 膜破坏从而提升循环性能。  电池体系:除了粘结剂、导电剂、电解液的综合匹配以降低硅基材料体积膨胀的负 面影响外,干电极技术及预补锂技术有望成为突破的关键。

根据不同的硅碳复合方式,硅基负极材料按结构类型主要分为: 包覆型硅基负极:包覆型硅基负极材料将不同纳米结构的硅材料进行碳包覆,这类 材料以硅为主体提供可逆容量,碳层主要作为缓冲层以减轻体积效应,同时增强导 电性,碳包覆层通常为无定形碳。负载型硅基负极:负载型硅基负极材料通常是在不同结构的碳材料(如碳纤维、碳 纳米管、石墨烯等)表面或内部,负载或者嵌入硅薄膜、硅颗粒等,这类硅碳复合 材料中,碳材料往往起到结构支撑的力学作用,它们良好的机械性能有利于硅在循 环中的体积应力释放,形成的导电网络提高了电极整体的电子电导率。  分散型硅基负极:分散型硅基负极材料是一种较为宽泛的复合材料体系,包括硅与 不同材料的物理混合,也涵盖硅碳元素形成分子接触的高度均勻分散复合物体系。 事实证明将硅材料均匀分散到碳缓冲基质中,可以一定程度抑制硅的体积膨胀。

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标签: 新能源|电力|电池|储能

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