負(fù)極材料“硅”與“石墨”的愛恨情仇！-石墨材料供應(yīng)商

負(fù)極材料“硅”與“石墨”的愛恨情仇！-石墨材料供應(yīng)商
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　石墨材料是鋰離子電池界的元老，具有眾多優(yōu)良的素質(zhì)，但是隨著近年來一批高性能的負(fù)極材料異軍突起，威脅到了石墨材料的地位，演繹了一場相愛相殺的大戲。硅負(fù)極材料作為新材料中的杰出代表，與石墨真的是愛恨情仇理不清。



　　硅負(fù)極材料理論比容量達(dá)到4200mAh/g以上，遠(yuǎn)高于石墨類負(fù)極(372mAh/g)，是下一代鋰離子電池負(fù)極材料的有力競爭者。



　　但是硅負(fù)極存在天然的缺陷，鋰嵌入到Si的晶胞內(nèi)，會導(dǎo)致Si材料發(fā)生嚴(yán)重的膨脹，體積膨脹達(dá)到300%，造成正極材料膨脹、粉化，造成容量迅速下降，為了克服硅負(fù)極的這些缺點，科學(xué)家將兩種材料結(jié)合在一起，利用石墨克服硅負(fù)極的缺點。



　　雖然硅最初是要取代石墨負(fù)極，但是最后兩種石墨材料卻走到了一起，你中有我，我中有你。

　　硅碳復(fù)合根據(jù)硅的分布方式主要分為包覆型、嵌入型和分子接觸型，而根據(jù)形態(tài)則分為顆粒型和薄膜型，根據(jù)硅碳種類的多少分為硅碳二元復(fù)合與硅碳多元復(fù)合。

硅碳多元復(fù)合.jpg



　硅碳復(fù)合材料的制備方法有多種，例如高能球磨法(既機(jī)械活化法，其主要原理是利用機(jī)械能誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)或者誘導(dǎo)材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化)、化學(xué)氣相沉淀法(既CVD法)、濺射沉積法(這是制備膜材料的主要方法，利用氣體放電產(chǎn)生的離子，在電場的作用下，高速轟擊靶材，使得靶材中原子逸出，沉積到基體上形成薄膜)，蒸鍍法(將材料加熱蒸發(fā)，使得材料氣化/升華，并沉積在基體上形成薄膜)，高溫裂解法等。



　　石墨材料目前應(yīng)用

主要方法為高溫裂解法，這種方法，相較于其他方法，工藝相對簡單，具有很好的應(yīng)用前景。



　　常用的方法為將納米硅顆粒分散在有機(jī)溶劑中，并加入相應(yīng)的有機(jī)物，干燥后在高溫下發(fā)生反應(yīng)裂解反應(yīng)，生成Si碳復(fù)合材料。



　　例如Pengfei.G等將納米Si，六氯環(huán)三膦腈(HCCP)和4，4’-二羥基二苯砜(BSP)加入到四氫呋喃和乙醇的混合溶液之中，然后加入三乙胺(TEA)分散清洗干燥后，高溫裂解得到Si-C復(fù)合材料，其比容量超過1200mAh/g以上，循環(huán)40次容量保持率達(dá)到95.6%。



　　高能球磨也是目前的研究熱點，利用高速球磨產(chǎn)生的機(jī)械能，促進(jìn)體系的化學(xué)反應(yīng)，用較低的成本獲得目標(biāo)產(chǎn)物。例如，Chil.Hoon等利用高能球磨法，首先將鐵粉、銅粉和納米硅顆?；旌显谝黄?，然后將石墨加入其中在此球磨，得到Fe-Cu/Si/C多元復(fù)合材料。



　　氣相沉積法是實驗室中常用的方法

Pengfei.G等利用氣相沉積法在納米Si顆粒的表面沉積了多壁碳納米管(MWNT)，碳納米管形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，復(fù)合材料的容量和循環(huán)性能都表現(xiàn)很好，首次充電比容量可以達(dá)到1592mAh/g以上，循環(huán)20次后，比容量仍然能夠達(dá)到1400mAh/g。



　　目前制備Si-C復(fù)合材料的方法很多，一些方法(濺射沉積法等)制備的薄膜型的Si電極具有十分良好的循環(huán)性能，但是這些方法目前來看，生產(chǎn)成本過高，無法大規(guī)模生產(chǎn)，這都限制了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。目前較為實用的方法為高溫裂解法和高能球磨法兩種，通過優(yōu)化工藝可以獲得性能較好的產(chǎn)品。

信息來源：石墨材料

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