登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
在与锂离子发生合金与去合金化过程中,硅的结构会经历一系列的变化,而硅锂合金的结构转变和稳定性直接关系到电子的输送。
根据硅的脱嵌锂机理,我们可以把硅的容量衰减机制归纳如下:
(1)在首次放电过程中,随着电压的下降,首先形成嵌锂硅与未嵌锂晶态硅两相共存的核壳结构。随着嵌锂深度的增加,锂离子与内部晶体硅反应生成硅锂合金,最终以Li15Si4的合金形式存在。这一过程中相比于原始状态硅体积变大约3倍,巨大的体积效应导致硅电极的结构破坏,活性物质与集流体'活性物质与活性物质之间失去电接触,锂离子的脱嵌过程不能顺利进行,造成巨大的不可逆容量。
(2)巨大的体积效应还会影响到SEI的形成,随着脱嵌锂过程的进行,硅表面的SEI会随着体积膨胀而破裂再形成,使得SEI越来越厚。由于SEI的形成会消耗锂离子,因而造成了较大的不可逆容量。同时SEI较差的导电性还会使得电极的阻抗随着充放电过程不断增大,阻碍集流体与活性物质的电接触,增加了锂离子的扩散距离,阻碍锂离子的顺利脱嵌,造成容量的快速衰减。同时较厚的SEI还会造成较大的机械应力,对电极结构造成进一步破坏。
(3)不稳定的SEI层还会使得硅及硅锂合金与电解液直接接触而损耗,造成容量损失。
硅材料的选择与结构设计
1.无定型硅和硅的氧化物
(1)无定型硅
无定形硅在低电位下拥有较高的容量,作为锂离子电池负极材料"相比于石墨类电极材料安全性能更高。但无定形硅材料只能在有限程度上缓解颗粒的破碎和粉化,其循环稳定性仍不能满足作为高容量电池负极材料的要求。
(2)硅的氧化物
作为锂离子电池负极材料,SiO具有较高的理论比容量(1200mAh/g以上)、良好的循环性能以及较低的脱嵌锂电位,因此也是一种极具潜力的高容量锂离子电池负极材料。但氧化硅含氧量的不同也会影响其稳定性和可逆容量:随着氧化硅中氧的提高,循环性能提高,但可逆容量减小。
除此之外,硅氧化物作为锂离子电池负极材料还存在一些问题:由于首次嵌锂过程中Li2O和锂硅酸盐形成过程是不可逆的,使得首次库仑效率很低;同时Li2O和锂硅酸盐导电性差,使得电化学动力学性能较差,因而其倍率性能差;相比于单质硅,硅氧化物作为负极材料的循环稳定性更好,但是随着循环次数继续增加,其稳定性仍然很差。
2.低维硅材料
低维度的硅材料在同质量下拥有更大的表面积,利于材料与集流体和电解液的充分接触,减少由于锂离子不均匀扩散造成的应力和应变,提高材料的屈服强度和抗粉化能力,使得电极能够承受更大的应力和形变而不粉碎,进而获得更高的可逆容量和更好的循环稳定性。同时,较大的比表面积能承受更高的单位面积电流密度,因此低维硅材料的倍率性能也更好。
(1)硅纳米颗粒
相比于微米硅,使用纳米粒径硅的电极材料,其电化学性能无论是首次充放电比容量还是循环容量,都有明显的改善。
尽管纳米硅颗粒相对于微米硅颗粒有着更好的电化学性质,但当尺寸降至100nm以下时,硅活性颗粒在充放电过程中很容易发生团聚,而加快容量的衰减,且较大的比表面使得硅纳米粒子与电解液发生更多的接触,形成更多的SEI所以其电化学性能没有得到根本的改善。因此纳米硅经常与其他材料(如炭材料)复合用于锂离子电池负极材料。
(2)硅薄膜
在硅薄膜的脱嵌锂过程中,锂离子倾向于沿着垂直于薄膜的方向进行,因而硅薄膜的体积膨胀也主要沿着法线方向进行。相比于块状硅,使用硅薄膜可以有效抑制硅的体积效应。不同于其他形态的硅,薄膜硅不需要黏结剂,可作为电极直接加入锂离子电池中进行测试。硅薄膜的厚度对电极材料的电化学性能影响很大,随着厚度的增加,锂离子的脱嵌过程受到抑制。相比于微米级的硅薄膜,纳米级的硅薄膜负极材料表现出了更好的电化学性能。
(3)硅纳米线及纳米管
目前,已报道的能大量合成硅纳米线的方法主要包括激光烧蚀法、化学气相沉积法、热蒸发法和硅基底直接生长法等。
硅纳米管由于其特有的中空结构,相比于硅纳米线有着更好的电化学性能。硅纳米线/纳米管相比于硅颗粒,在脱嵌锂过程中横向体积效应不明显,而且不会像纳米硅颗粒一样发生粉碎失去电接触,因而循环稳定性更好。由于直径小,脱嵌锂更快更彻底,因而可逆比容量也很高。硅纳米管内外部的较大自由表面可以很好地适应径向的体积膨胀,在充放电过程中形成更稳定的SEI,使得材料呈现出较高的库仑效率。
3.多孔硅和中空结构硅
合适的孔结构不仅能够促进锂离子在材料中快速脱嵌,提高材料的倍率性能,同时还能够缓冲电极在充放电过程中的体积效应,从而提高循环稳定性。在多孔硅材料的制备中,加入炭材料可以改善硅的导电性能并维持电极结构,进一步提高材料的电化学性能。制备多孔结构硅的常用方法有模板法、刻蚀法和镁热还原法。
近年来,镁热还原氧化硅制备硅基材料的方法引起了研究者的广泛关注。除了用球形氧化硅作为前驱体外,氧化硅分子筛由于自身为多孔结构,因而是一种常用来制备多孔硅材料的方法。常用的氧化硅前驱体主要有SBA-15、MCM-41等。由于硅的导电性差,在进行镁热还原后往往还会在多孔硅的表面包覆一层无定形碳。
(2)空心结构硅
空心结构是另外一种有效改善硅基材料电化学性能的途经,目前制备中空硅的方法主要为模板法。尽管中空硅的电化学性能优异,但是目前其制备成本仍然很高,而且同样存在着导电性较差等问题。通过设计蛋黄蛋壳(yolk-shell)结构并控制蛋黄与蛋壳之间的空间大小,在有效缓冲硅体积膨胀的同时,作为蛋壳的碳还可以提高材料的导电性,因此具有蛋黄蛋壳结构的碳硅复合材料的循环稳定性更好,可逆容量也更高。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
6月25日,在发生火灾近三周后,汽车运输船“MorningMidas”号最终在当地时间6月23日16:35左右,沉没于水深约5000米的太平洋水域。经打捞运营商ResolveMarine表示,“恶劣天气和海水逐渐渗入船体,加剧了最初火灾造成的损害,最终导致该船沉没。”本月初,一艘载有3000多辆汽车的轮船在太平洋起火,当时
6月25日,云南施甸县政府发布《2025年1—5月施甸县经济运行总体平稳》一文。文章披露,1—5月份,全县全部工业发电量47631万千瓦时,同比增长39.4%。其中,火力发电量3087万千瓦时、下降0.4%,水力发电量1422万千瓦时、增长28.9%,太阳能光伏发电量23586万千瓦时、增长99.6%,风力发电19536万千瓦时、
作者:莫子鸣1饶宗昕1杨建飞1杨孟昊2蔡黎明1单位:1.同济大学汽车学院;2.同济大学材料科学与工程学院引用本文:莫子鸣,饶宗昕,杨建飞,等.锂离子电池过充热失控气热模型构建及关键参数影响分析[J].储能科学与技术,2025,14(5):1784-1796.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0262本文亮点:(1)构建了
6月23日,苏州市生态环境局发布受理环境影响报告书(表)情况的公示。其中,江苏都桐科技有限公司新建锂离子电池用再生黑粉生产及再生磷酸铁锂测试电芯研发项目在列,标志着这家“锂电新秀”进一步构建产业布局。江苏都桐科技有限公司,是一家成立于2024年8月22日的高新技术企业,位于江苏省苏州市
北极星储能网获悉,6月23日,国家市场监管总局关于发布电动平衡车等136种产品质量监督抽查实施细则的公告。其中包括电动汽车充电桩产品质量监督抽查实施细则、电子产品用锂离子电池和电池组产品质量监督抽查实施细则、电动汽车用动力蓄电池单体产品质量监督抽查实施细则。其中,电动汽车用动力蓄电池单
近日,福建龙岩市生态环境局就年产1GWh三维固态锂电池项目环评文件审批意见进行公示。文件显示,项目位于龙岩高新区(经开区)高陂镇平在村北环路,主要建设标准化厂房1栋7层、办公综合楼、原料库、产品库及配套建设环保工程和纯水制备、制氮相关辅助工程,用地面积27675平方米。项目以磷酸铁锂、NMP、
今天起,全国各地陆续公布2025年高考分数线,成绩“出炉”后,如何选择院校及专业?中关村储能产业技术联盟(CNESA)对当下热门专业——储能科学与工程进行了解读,包括专业特点、院校选择、就业前景与发展潜力、重点高校专业培养特色等方面进行了梳理和更新,供考生和家长决策参考。专业背景与战略意
退役锂电池,特别是退役动力锂电池,正在从“环境负担”蜕变为战略资源。随着全球新能源产业的加速发展,退役锂电池这座“城市金矿”,正引发各国在回收网络、技术标准和资源循环利用上的激烈博弈。不过,近日央视新闻报道,“目前我国动力电池回收行业存在一个普遍困境:合规企业守规矩却难赚钱,不合
作者:汪红辉1,3李嘉鑫1,3储德韧1,2,3李彦仪1,3许铤2,3单位:1.上海化工研究院有限公司;2.上海化工院检测有限公司;3.工信部工业(电池)产品质量控制和技术评价上海实验室引用本文:汪红辉,李嘉鑫,储德韧,等.磷酸铁锂电池存储失效机理及热安全性研究[J].储能科学与技术,2025,14(5):1797-1805.DOI:10.1
日前,安克创新在官网发布消息称,因部分批次的基础款移动电源产品存在安全风险,经湖南省市场监督管理部门审批通过,公司在6月20日启动对部分批次的基础款产品主动召回。据悉,此次安克创新召回型号分别为:A1642(143,327件)/A1647(134,854件)/A1652(109,450件)/A1680(24,480件)/A1681(223,5
北极星储能网获悉,6月22日,刚果民主共和国(DRC)官方宣布将钴精矿出口禁令再延长三个月。官方声明称,此举是因为“钴市场仍处于高库存水平”,这也进一步表明,尽管刚果采取了四个月的钴资源出口限制,但供应侧压力仍然存在。钴是电动汽车、智能手机和其他高科技设备中所使用的锂离子电池的关键材料
受供需突变、债务高企、技术竞争力不足、供应链脆弱、地缘政治加剧贸易与投资不确定性等多重因素冲击,锂电产业链公司正经历前所未有的生存挑战,行业分化加剧,洗牌步入深水区,一场关乎存续与出局的战役已经打响。“红海”搏杀从高歌猛进到销声匿迹2025年全球电池行业破产、退市事件频发。在国际市场
作者:莫子鸣1饶宗昕1杨建飞1杨孟昊2蔡黎明1单位:1.同济大学汽车学院;2.同济大学材料科学与工程学院引用本文:莫子鸣,饶宗昕,杨建飞,等.锂离子电池过充热失控气热模型构建及关键参数影响分析[J].储能科学与技术,2025,14(5):1784-1796.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0262本文亮点:(1)构建了
回首储能行业刚被抽离政策拐杖之初,整个市场不乏犹疑、焦虑的声音。一方面,以低质产品进行低价竞争得以存活的储能企业陆续黯然离场;另一方面,储能在趋向市场化后更加聚焦价值重构,储能企业也在兼顾安全、效率与成本中愈发“求真”,迸发活力。价值导向下,直面储能安全2024年工信部发布的强制性国
“电池行业正突破单一化学体系束缚,进入真正以用户需求为核心的多核时代。”宁德时代创始人曾毓群在今年4月的公开演讲中曾阐述上述观点。他强调,多核时代是宁德时代的新阶段,无论是追求极致性能,还是强调性价比,多核技术都能让定制化成为现实,消费者无需在续航、寿命、安全、快充等维度进行妥协
近日,中国中煤所属中煤华利公司“千吨级煤基硬炭工业示范技术开发”项目成果通过现场验收,这是我国首次以煤炭为原材料实现硬炭千吨级量产,标志着煤基硬炭工业化量产技术实现重大突破。硬炭作为钠离子电池负极材料,高度依赖进口,难以满足钠电大规模发展的需求。目前,国内相关企业纷纷布局硬炭产业
近日,四川省经济和信息化厅发布经信系统重点调度的2025年500个重点工业和技术改造项目名单,项目总投资17048.9亿元,2025年计划投资3291.6亿元。其中包含川投泸州天然气发电及配工程项目、四川华电内江白马2×475兆瓦燃机示范项目、四川达州燃气电站二期工程、国家电投川东北高效清洁煤电综合利用一体
过去三年,中国储能产业以爆发式增长完成了从技术萌芽到规模化应用的跨越式突破。当全球能源革命的浪潮席卷而来,这个曾被视为“配角”的赛道,正以每年超200%的装机增速,悄然改写新能源产业的权力版图。储能电芯,作为这场变革的“心脏”,更是上演了惊人的技术跃迁#x2014;#x2014;从280Ah到314Ah,两
“贵州造”新能源客车驶向“一带一路”,贵阳中安科技集团生产的电缆远销刚果等30余个国家,詹阳重工的极地全地形车驶向南极科考站,这些动辄数吨的“大块头”承载着贵州从代工配套向整装输出的跨越;而毕节明月工艺美术有限公司800余名工人精心雕琢“国际范”动漫手办,锦屏亚狮龙羽毛球占全球羽毛球市
北极星储能网获悉,近日,璞泰来接待机构调研,重点回应公司在固态电池领域的布局情况。在设备端,璞泰来主要围绕固态电池前段、中段工艺设备解决方案进行研发投入,截至目前已形成多业务线条的技术布局。具体来说,公司固态电池相关干法成膜设备、干法复合设备、湿法涂布机、锂金属负极成型设备、搅拌
北极星售电网获悉,中共昔阳县委关于十二届省委第四轮巡视整改进展情况的通报发布,其中提到,聚焦“五个一体化”,制定《昔阳县能源革命综合改革试点行动计划》,中煤白羊岭、黄岩汇煤矿智能化矿井改造全面完成,丰汇、乐安煤矿智能化掘进工作面加速推进,全县煤炭先进产能占比达68%。持续壮大新能源
北极星储能网讯:2025年1–4月,我国锂离子电池(下称“锂电池”)产业延续增长态势。根据锂电池行业规范公告企业信息和行业协会测算,1–4月全国锂电池总产量超过473GWh,同比增长68%。电池环节,1–4月储能型锂电池产量超过110GWh,新能源汽车用动力型锂电池装车量约184GWh。1–4月全国锂电池出口总
作者:王钦1张艳岗1梁君飞1王华2单位:1.中北大学能源与动力工程学院;2.北京航空航天大学化学学院引用:王钦,张艳岗,梁君飞,等.硅基固态电池的界面失效挑战与应对策略[J].储能科学与技术,2025,14(2):570-582.WANGQin,ZHANGYangang,LIANGJunfei,etal.Challengesandstrategiesforinterfacefailuresinsil
硅材料因储量丰富,且能比锂电池中使用的石墨吸收更多的锂离子,被认为具有制造大容量电池的前景。但硅颗粒在吸收和释放锂离子时会膨胀和收缩,在多次充放电循环后容易破裂。加拿大阿尔伯塔大学化学家布里亚克(JillianBuriak)团队发现将硅塑造成纳米级的颗粒有助于防止它破裂。研究测试了四种不同尺
据外媒报道,澳大利亚先进材料技术公司塔尔加资源公司(TalgaResources)公布了其在英国研发的石墨烯硅基锂离子电池阳极的初步测试结果,该结构是由英国政府提供资助的“Safevolt”项目的第一个成功结果。该项目由塔尔加牵头,与联盟合作伙伴庄信万丰(JohnsonMatthey)、英国剑桥大学(UniversityofCambrid
据外媒报道,Enevate公司近日表示在其最新一轮融资中,韩国LG化学(LGChem)公司对其进行了投资。Enevate正致力于研发锂离子电池技术,该公司表示其技术可使电动汽车充电速度与汽油车加油速度一样。Enevate公司总部位于美国,其用于电动汽车的高能量密度技术(HD-energytechnology)可让锂离子电池在5分钟
硅是目前已知比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层SEI,最终导致电化学性能的恶化。近年来,研究者们做了大量的研
特斯拉model3的火爆预售,使人们再次将目光聚焦于新能源汽车,对于锂电行业的意义在于其采用的动力电池新材料。据介绍Model3电池技术采用了硅碳负极,能量密度将达到300wh/kg,续航里程约346公里。续航里程的提升得益于硅材料的比容量要远大于石墨材料,而比容量数值的高低直接体现了单位重量电池的电
目前,我国新能源纯电动汽车经过十多年的研究和发展,已经取得了一系列的突破,也开始逐步投放进市场,但仍然存在诸多的问题。其中,电动汽车的续航能力及动力性能是这诸多问题的焦点。而动力电池系统是制约续航能力及动力性能的关键技术问题。在此,本文拟针对电动汽车的电池系统的发展现状进行一定的
近日,加拿大滑铁卢大学应用纳米材料与清洁能源实验室(AppliedNanomaterialsCleanEnergyLaboratory)陈忠伟教授的科研团队协同WATTECHPOWERINC.(加拿大滑铁卢大学科技公司)成功开发了一种石墨烯硅基锂电池技术,这项技术采用55%以上的硅材料作为负极活性材料,硫掺杂的石墨烯以及聚丙烯腈作为辅助,通过
11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC2015,锂电达沃斯)上,加拿大滑铁卢大学锌空气电池第一人陈忠伟博士发表了题为《锌空气电池和下一代硅锂电池研究应用》的演讲报告,以下是演讲报告实录:大家好,很荣幸能有机会到工业界的论坛来讲一下学术方面的问题,今天我首先第
近日,加拿大滑铁卢大学应用纳米材料与清洁能源实验室陈忠伟教授课题组成功研制出新型石墨烯硅基锂离子电池,此创新型技术将目前商业化锂离子电池的比能量密度提高了40%-60%,循环寿命延长到2000次以上,这极大的推动了高能量长寿命锂离子电池的发展进程,促进了相关电子以及储能领域产业链的加速成长
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!