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下图为采用GITT方法测量SiO和Si材料的Li+扩散系数过程中得到的Si和SiO材料在不同的SoC状态下的开路电压,从图中能够看到在30%-100%SoC范围内,两种材料的开路电压曲线几乎完全重合,
倍率性能在动力电池应用中也是一项非常关键的性能,直接关系到锂离子电池的输出性能,下图为Si和SiO材料在不同的放电倍率下的容量(下图c)和容量保持率(下图d),从下图d中我们能够清楚的看到,SiO材料的放电倍率性能要显著好于Si材料。
快速充电的能力对于动力电池而言同样重要,下图为在不同的倍率下进行充电时Si和SiO材料的比容量发挥和容量保持率,从图中能够看到在快速充电的能力上SiO材料的性能仍然要好于Si材料,因此SiO材料也更适合应用在一些对倍率性能和快速充电性能有一定要求的场合。
从上面的分析我们能够看到,相比于Si材料,SiO材料具有更加优异的倍率性能,Ke Pan这主要是因为Li+在SiO材料中具有更大的扩散系数。通常Li+的扩散系数可以通过EIS和GITT两种方法进行测量。首先我们采用EIS方法来测量两种材料的Li+扩散系数,材料的Li+扩散系数可以根据EIS中的扩散曲线,并采用下式计算得到,其中A为电极和电解液总面积,但是这里Ke Pan为了计算的方便,因此以电极的几何面积作为A,因此得到的结果仅仅是一个相对值,仅能对比该试验中SiO和Si材料的Li+扩散系数的大小。
上图为Si和SiO材料在不同的SoC状态下的EIS曲线,下图为根据EIS曲线和上述的公式计算得到的Li+扩撒系数,从图中能够看到Si材料中的Li+扩散系数为10-11-10-12cm2/s,而SiO中Li+的扩散系数可达10-9-10-11cm2/s,Li+在SiO中的扩散系数要比在Si中高1到2个数量级,作者认为这主要是因为SiO材料在首次充电过程中生成的Li4SiO4材料是一种Li+导体,因此加速了Li+的扩散。
GITT方法也是测量Li+在活性物质中扩散系数的有效方法,为了验证上面EIS测试结果的准确性,作者还采用GITT方法对Si和SiO两种材料的Li+扩散系数进行了测量(结果如下图所示),可以看到Li+在Si材料中的扩散系数为10-9-10-12,而Li+在SiO中的扩散系数为10-8-10-11,Li+在SiO中的扩散系数要比在Si中高1到2个数量级,这与前面的测试结果是相一致的,较大的Li+扩散系数是SiO材料倍率性能好于Si材料的重要原因。
体积膨胀引起颗粒粉化和破碎,导致活性物质损失是硅负极材料循环性能较差的重要因素,为了对比Si和SiO两种材料的体积膨胀的差别,作者采用SEM手段分析了SiO材料在充放电过程中的体积变化(如下图所示),下表为SiO在充放电前后中粒径的变化。从分析结果来看,SiO材料在嵌锂态下相比于脱Li态体积膨胀118.2%,相比于Si材料高达280%的体积膨胀要小的多,这也减少了SiO材料在充放电过程中颗粒破碎和粉化的风险,因此显著提升了SiO材料在长期循环中的稳定性。
从Ke Pan的工作我们可以看到,SiO材料具有更快的Li+扩散速度,因此倍率要明显好于Si材料,同时SiO材料在嵌Li的过程中的体积膨胀也仅为118.3%左右,明显低于Si材料(280%),从而大大减少了颗粒破碎和粉化的风险,显著提升了循环性能。此外在我们所关注的首次库伦效率方面,近年来经过材料厂家的努力,SiO材料的首次库伦效率已经大大上升,基本上满足了应用的需求。因此综合来看,SiO材料的综合电化学性能要明显好于Si材料,是下一代高比能锂离子电池负极材料的理想选择,当然Si材料也不是完全没有机会,通过适当的方式处理,克服体积膨胀大的缺陷,在一些对倍率性能要求不高的场合也具有一定的潜力。
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动辄超过300Wh/kg甚至500Wh/kg的超高能量密度,固态电池可谓“吊打”传统液态锂电池。“电解液从液态变成固态不会带来能量密度的提升。”业内人士指出,但固态电池体系提供了更高的安全冗余度和对新型正负极材料更好的相性,可以用到更高容量的负极材料或者正极材料。作为理论比容量是石墨10倍以上的硅
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盖房子用的水泥能用来发电,还能当成“电池”储能。东南大学9日发布最新科研成果,该校科研人员研发出仿生自发电-储能混凝土,将高能耗的水泥变为“绿色能量体”,为构建新型能源体系、实现“双碳”目标提供技术助力。统计数据显示,我国建筑全过程能耗占到全国能源消费总量的45%,碳排放量占全国排放
日前,南漳龙蟒磷制品有限责任公司年产20万吨新能源材料磷酸铁全产业链配套堆渣场项目环境影响评价进行第二次公示。公示信息显示,该项目总投资达110亿元,于2022年5月正式签约落地南漳县,项目分两期建设,涵盖硫磺制酸、湿法磷酸、磷石膏处理、合成氨等装置,一期和二期产能叠加后将实现年产磷酸铁20
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4月21日以来,碳酸锂期货价格再次连续大跌!21日跌破7万元/吨心理防线,22日跌破6.9万元/吨,23日一度跌破6.8万元/吨。海外矿价下跌,美国关税带来的需求增量担忧,以及宁德时代“钠电池”的量产与技术替代,这三大因素的叠加导致碳酸锂市场接连遭遇成本坍塌、需求未卜、技术替代的“打击”。下一步,
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