硅碳材料将来会变成锂电池负极的主流吗？

新能源汽车范畴的日趋火爆，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能却好像又开端绽放出引人注目的色彩。技能创新当然可喜，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资料，才是提高行业终端降本增效才能的治本之法。

硅是现在人类至今为止发现的比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极资料,是一种最有潜力的负极资料，但硅作为锂电池负极使用也有一些瓶颈，第一个问题是硅在反响中会出现体积胀大的问题。经过理论计算和实验能够证明嵌锂和脱锂都会引起体积改变，这个体积改变是320%。所以不论做成什么样的资料，微观上，在硅的原子标准或者纳米标准，它的胀大是300%。在资料设计时必需求考虑大的体积改变问题。高体积容量的资料在局部会产生力学上的问题，经过一系列的基础研究证明，它会裂开，构成严峻的掉落。

硅体积胀大会导致一系列结果

1.颗粒粉化，循环性能差

为什么说硅碳资料是最有潜力的锂电池负极

2.活性物质与导电剂粘结剂触摸差

为什么说硅碳资料是最有潜力的锂电池负极

第二个问题就是在硅外表的SEI膜是比较厚且不均匀的，受温度和添加剂的影响很大，会影响锂离子电池中整个比能量的发挥。

石墨外表由于导电性特别好，相对来说SEI膜比较均匀，它的组成跟硅负极不一样。为了研究这个问题，中科院相关科学家做了模型资料，经过微加工做成硅纳米柱。调查这种资料在充放电进程中SEI膜的成长，我们发现跟着循环次数的增加，SEI膜逐步把硅柱中间的空地填上，掩盖完后还会继续成长大概4.5μm，在硅外表如果不加任何处理，SEI膜能够长得很厚。这说明它是多孔的，溶剂一直能够触摸到浸到硅的外表，这样在全电池设计时是不行的。怎么样解决这个问题，中科院科相关学家做了一些测验在硅上做了碳包覆，为了做比照，我们硅上只做了部分的石墨烯包覆，其他地方空出来。终究看到包覆和不包覆SEI膜的成长状况不一样，碳包覆的SEI膜就明显减少，没有包覆的SEI膜就有许多。

为什么说硅碳资料是最有潜力的锂电池负极

从长期的基础研究来看，①经过硅粉纳米化；②硅碳包覆；等技能手段能够有效解决硅在锂电池负极使用中遇到的问题。无论是纳米硅碳仍是氧化亚硅碳，硅力求做到以下几点：

硅粒径：＜20nm（理论上越小越好）

均匀度：标准偏差小于5nm

纯度：＞99.95%

形貌：100%球形率

另外，完好的外表包覆非常重要，防止硅和电解液触摸，产生厚的SEI膜的消耗。微观结构的设计也很重要，要来维持在循环进程中电子的触摸，离子的通道，体积的胀大。

碳包覆机理在于：Si的体积胀大由石墨和无定形包覆层一起承当，避免负极资料在嵌脱锂进程因巨大的体积改变和应力而粉化。碳包覆的作用是：

（1）约束和缓冲活性中心的体积胀大

（2）阻止纳米活性粒子的聚会

（3）阻止电解液向中心渗透，保持稳定的界面和SEI

（4）硅资料奉献高比容量，碳资料奉献高导电性

硅碳负极具有非常宽广的商场空间

负极资料技能相比照较成熟，且其集中度较高，产能由日本向我国搬运比较明显。现在负极资料以碳素资料为主，占锂电池本钱较低，在国内根本全面实现产业化。从区域看，我国和日本是全球首要的产销国，动力电池企业采购负极首要来自于日本企业。

2012-2016年我国负极资料产值状况（万吨）

为什么说硅碳资料是最有潜力的锂电池负极

2015年，全球负极资料整体出货量为11.08万吨，同比增加29.59%。其间我国负极资料的出货量达到7.28万吨，同比增加41.1%，占比高达66%。近几年，跟着我国生产技能的不断提高，我国又是负极资料原料的首要产地，锂电负极产业不断向我国搬运，商场占有率不断提高。硅碳负极资料是未来锂电池负极资料最具使用潜力的，可见硅碳负极资料的商场容量有多大，这也解释了现在为何有众多企业和研究单位布局硅碳负极资料。

为什么说硅碳资料是最有潜力的锂电池负极