為何硅碳棒是最有前途的鋰離子電池陰極

新能源汽車類日益火爆，吸引了大批國內外公司紛紛前往戰場，新的鋰錳酸技能似乎綻放出奪目的色彩。技術創新固然可喜，但尋找性價比更高、存儲容量更大、價格動力更強的新原始數據是提高行業終端降低成本、提高效率能力的根本原因。

硅是目前發現的比容量(4200mAh/g)最高的鋰離子電池負極數據，是目前最有潛力的負極數據，但硅作為鋰離子電池負極使用也存在一些瓶頸，首先是硅在應對批量膨脹的問題。通過理論計算和實驗證明，無論是鋰包埋還是退泥都會引起體積變化，體積變化為320%。所以無論你把什么數據放在一起，在微觀層面，在原子或納米尺度的硅上，它都會膨脹300%。在數據設計中必須考慮大量的更改。在大體積數據的局部力學問題上，經過一系列的基礎研究證明，它會開裂，形成嚴重的跌落。

硅的體積膨脹有許多后果

1.顆粒粉碎，循環功能差

2.活性物質與導電粘結劑接觸不良

第二個問題是硅表面的SEI膜厚且不均勻，受溫度和添加劑的影響較大，會影響鋰離子電池的整體比能性能。

石墨因其導電性能特別好，相對來講SEI膜比較均勻，其組成不像硅負極相同。為了研究這個問題，我國科學院的科學家們制作了模型，這些模型被微加工成硅納米線。為了研究該數據充放電過程中SEI膜的生長情況，我們發現隨著循環次數的新增，SEI膜逐漸填補了硅柱中心的空隙，覆蓋后繼續生長約4.5m。假如不處理添加到硅表面，SEI膜可以長得非常厚。這意味著它是多孔的，溶劑總是能夠接觸到硅的表面，這是不可能的全電池規劃。如何解決這個問題，我國科學院的科學家們已經做了一些嘗試在硅上做碳涂層。相比之下，我們只在硅上做了部分石墨烯涂層，其他地方則是自由的。最后發現，包膜和未包膜SEI膜的生長條件不同，碳包膜的SEI膜明顯減少，而未包膜的SEI膜有很多。

從長期的基礎研究，經過納米硅粉;硅碳涂層;可以有效地解決硅在鋰離子電池負極使用中的問題。無論是納米硅碳還是硅碳，硅都力求做到以下幾點:

硅顆粒尺寸:<20nm(理論上越小越好)

均勻性:標準偏差小于5nm

純度:>99.95%

痕跡:100%球形比例

此外，一個完整的外部涂層是非常重要的，以防止硅和電解質接觸，導致厚SEI膜的消耗。同樣重要的是要計劃微結構，以保持電子接觸，離子通道，體積膨脹在周期。

碳包覆的機理在于Si的體積膨脹是由石墨和非晶包覆共同支撐的，從而防止了在去除埋置鋰的過程中由于體積變化大、應力大而導致負極數據的劣化。碳包層的用途是:

(1)約束緩沖活動中心體積增大

(2)防止納米活性粒子的聚集

(3)防止電解質向中心滲透，保持穩定的界面和SEI

(4)硅數據貢獻高的比容量，碳數據貢獻高的電導率