Enerji geçişi dalgasının ortasında, pil teknolojisindeki inovasyon, birçok alanda gelişimi yönlendirmek için çok önemli hale gelmiştir. Lityum - iyon pil anot malzemelerinde yükselen bir yıldız olan silikon - karbon anot malzemeleri yavaş yavaş ortaya çıkıyor, bu da pil performansını iyileştirmek ve mevcut enerji yoğunluğu darboğazlarını kırmak için yeni bir umut sunuyor. Gelişimleri büyük ilgi görüyor.
I. Silikona Genel Bakış - Karbon Anot Malzemeleri
(İ) Tanım ve kompozisyon
Silikon - Karbon anot malzemeleri, silikon (SI) ve karbon malzemelerinin belirli bir şekilde birleştirilmesiyle oluşturulan yeni anot malzemeleridir. Silikon, son derece yüksek teorik spesifik kapasitesi (yaklaşık 4200 mAh/g) ile, geleneksel grafit anot malzemelerinin (yaklaşık 372 mAh/g teorik spesifik kapasitesi) çok aşıyor ve bu da pil enerjisi yoğunluğunu artırmak için ideal bir seçim haline getiriyor. Bununla birlikte, silikon, yük ve deşarj sırasında% 300'den fazla hacim genişlemesi yaşar, bu da pillerdeki pratik uygulamasını ciddi şekilde sınırlayan bir dezavantaj. Karbon malzemeleri ise mükemmel iletkenlik, stabilite ve belirli bir esnekliğe sahiptir. Bunları silikonla birleştirmek, Silikonun hacmi değişikliklerini etkili bir şekilde azaltır ve elektrot yapısının stabilitesini geliştirir. İki malzeme birbirini tamamlar ve birlikte silikon - karbon anot malzemelerinin çekirdek sistemini oluşturur.
(İi) Geliştirme arka planı
Teknolojinin hızlı ilerlemesi ile, çeşitli elektronik cihazlar ve yeni enerji araçları, enerji yoğunluğu ve menzil gibi pil performansına giderek daha yüksek talepler getiriyor. Yıllarca süren gelişmeden sonra, geleneksel grafit anot malzemelerinin performansı teorik sınırlarına ulaştı ve pazarın pil performansında daha fazla iyileştirme talebini karşılamayı zorlaştırdı. Bu zemine karşı, bilim adamları dikkatlerini silikon - tabanlı malzemelere çevirdiler ve sürekli keşif yoluyla, pil performans iyileştirmesindeki kilitlenmeyi kırmayı ve ilgili endüstriyi yeni bir geliştirme aşamasına itmeyi umarak silikon - karbon anot malzemeleri geliştirdiler.
İi. Silikonun teknik avantajları - karbon anot malzemeleri
(İ) Yüksek enerji yoğunluğu
Yukarıda belirtildiği gibi, silikonun yüksek spesifik kapasitesi, silikon - karbon anot malzemelerinin pillerde daha fazla lityum iyonu depolamasını ve pilin enerji yoğunluğunu önemli ölçüde iyileştirmesini sağlar. Geleneksel grafit anot pillerle karşılaştırıldığında, silikon - karbon anot malzemeleri ile donatılmış piller, daha yüksek enerji yoğunluğu siparişlerine ulaşabilir ve elektronik cihazlar için daha uzun - elektrikli araçlar için daha uzun sürüş aralığı sağlar. Bu, elektronik cihazlarda yetersiz akü gücünün endişelerini ve elektrikli araçların "menzil kaygısını" etkili bir şekilde hafifletir.
(2) Geliştirilmiş düşük - sıcaklık performansı
Araştırmalar, silikonun - karbon anot malzemelerinin düşük sıcaklıklarda grafit anot malzemelerinden daha iyi bisiklet stabilitesi sergilediğini göstermiştir. Soğuk kışlarda, silikon - karbon anot malzemeleri kullanan cep telefonları ve elektrikli araçlar, hızlı pil tahliyesi problemini etkili bir şekilde azaltabilir, bu da cihazların düşük - sıcaklık ortamlarında normal şekilde çalışmaya devam edebilmesini sağlayabilir ve kullanıcı deneyimini önemli ölçüde artırır.
(3) Hızlı şarjı kolaylaştırır
Şarj işlemi sırasında, lityum iyonları tercihen silikon içine ve daha sonra grafit ara katmanlara gömülür. Silikon - karbon anot malzemelerinin bu özelliği anodun ortalama potansiyelini arttırır ve lityum kaplama olasılığını azaltır, hızlı şarjı kolaylaştırır ve hızlı pil ikmali için kullanıcı taleplerini karşılar.
Karbon anot malzemeleri için hazırlık işlemi
(İ) Mekanik top frezeleme
Mekanik bilyalı öğütme nispeten geleneksel bir hazırlık yöntemidir. Silikon tozu ve karbon tozu gibi hammaddelerin bir bilyalı değirmene yerleştirilmesini içerir. Öğütme bilyalarının yüksek - hız dönüşü, hammadde parçacıklarının çarpışmasına, karıştırmasına ve rafine etmesine neden olur, böylece bir silikon ve karbon kompozitine ulaşır. Bu yöntem nispeten basit ve düşük - maliyetidir, ancak partikül büyüklüğünü tam olarak kontrol etmede zayıf karıştırma homojenliği ve zorluk gibi sorunlardan muzdariptir, bu da ortaya çıkan silikon - karbon anot malzemesinin sınırlı performans stabilitesine neden olur.
(İi) Kimyasal buhar birikimi (CVD)
Son yıllarda, CVD tarafından temsil edilen yeni nesil hazırlık süreçleri yavaş yavaş ortaya çıktı. CVD'de, silan gazı yüksek sıcaklıklarda pirolize edilir, bu da gözenekli karbon gözenekleri içindeki silikon nanopartiküllerin çökelmesi ve düzgün dağılmasına neden olur. Bu gözenekli karbon çerçevesi, yük ve deşarj sırasında silikonun genişlemesini önemli ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda hızlı lityum iyon taşınması için yollar sağlar ve malzemenin hızlı - şarj performansını etkili bir şekilde iyileştirir.
Silikon - CVD yöntemi ile hazırlanan karbon negatif elektrot malzemeleri, düşük genleşme oranı, mükemmel döngü performansı ve daha yüksek enerji yoğunluğu avantajlarına sahiptir ve yeni nesil silikon - karbon negatif elektrot malzemeleri için ana akım hazırlama yolu olarak kabul edilir.