Pokrok ve vývoji a aplikaci materiálů na bázi křemíku

2024ABCA-8 „8. mezinárodní fórum o nové technologii anodových a katodových materiálů pro baterie a 2. technologii a vývoji trhu sodíkových baterií“ se úspěšně konalo v Suzhou ve dnech 6., 7. a 8. března 2024. Konference byla spolusponzorována od China Chemical and Physical Power Supply Industry Association a 18th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Advanced Battery Materials/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD., podporované Institutem fyziky, Čínská akademie věd, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Suzhou Institute of Nanotechnology and Nanobionics, Chinese Academy of Sciences. Ve stejné době získala MattVerse Limited, Thermo Fisher Scientific, Linde Global R&D Center, Watson-Marlow, CITIC Metal/Brazil Mining and Metallurgy, BYK, Evonik Specialty Chemicals, Group14, Cigna Pioneer, Zhongke Zhiliang, Wisteria Group, Zaichi Technologie, Boselis a další spoluorganizátoři ze silné podpory. Na tuto konferenci bylo pozváno 300 podniků z domácího i zahraničního automobilového průmyslu, 3C elektroniky, elektrického nářadí, superkondenzátorů, sodíkových iontových baterií, napájecích baterií, lithium-iontových baterií a souvisejících bateriových materiálů (pozitivní, negativní, membránové, elektrolytické, vodivé látky, aditiva ), a další související podniky s pokročilou podpůrnou technikou, konference uspořádala celkem 14 kapitol tématu, 80 tematických zpráv.

Z pohledu dodávek v průběhu let, před rokem 2022, jsou dodávky a propustnost křemíkových negativních elektrod relativně nízké, ale s rozvojem technologie se dodávky a propustnost křemíkových negativních elektrod v roce 2023 do určité míry zlepšily. vývoj 46 válců, včetně spotřební elektroniky, očekává se, že křemíková záporná elektroda exploduje v příštích 2-3 letech.

Křemíkové anodové materiály se začaly zkoumat a vyvíjet v 90. letech 20. století, vývoj dnešního křemíkového kyslíku, industrializace křemíkových uhlíkových materiálů, nejzákladnější je konstrukční provedení a povrchové úpravy. Akademická obec se zabývá především strukturálním designem, včetně křemíkových nanodrátů, dutých struktur, struktur vaječného žloutku a tak dále. Průmysl je zaměřen hlavně na výrobu kompozitních struktur, včetně pískovaného křemíkového uhlíku, křemíkového kyslíku včetně pre-lithného křemíkového kyslíku, nových křemíkových uhlíkových materiálů, hlavně k vyřešení problémů, kterým čelí materiály s negativní elektrodou v aplikaci. Nejzásadnějším problémem při použití anodových materiálů na bázi křemíku je objemová expanze. Ze strany materiálu je jeden kompozit, druhý je nano, kompozit je vyroben hlavně ze slitiny křemíku, materiálu oxidu křemíku, rozptýlením křemíku v kovu nebo matrici oxidu křemíku, aby se usnadnila expanze, ale tyto materiály mají řadu problémů, nejnovější generace křemíkového materiálu je nový typ křemíkového uhlíku. Jedná se především o využití technologie CVD ke kombinaci nano a kompozitu pro výrobu křemíkových uhlíkových materiálů. Samozřejmě, že konec buňky také provede odpovídající návrh, včetně návrhu struktury buňky, chemického systému, optimalizace vzorce.

Je představen stav výzkumu a vývoje křemíkových materiálů. V průběhu let dosáhl výzkum a vývoj křemíkových anod čtyř generací materiálů. První generace křemíkového uhlíku, včetně konvenčního křemíkového kyslíku, se kvůli své cenové výhodě používá hlavně v malých energetických polích. Oxid křemičitý, kvůli nedostatku přirozeného prvního účinku, musí být pre-lithium, pre-hořčíkové vylepšení. Třetí generace pre-lithium oxid křemíku byla tlačena do sériové výroby, řeší problém prvního účinku, ale největším problémem je, že náklady jsou nekontrolovatelné a neřeší problém expanze. Na základě budoucího vývoje, napařovaného křemíkového uhlíku, je rychlost expanze malá, teoretické náklady jsou nižší, takže současné výzkumné a vývojové úsilí se zvyšuje. Tato zpráva se zaměřuje hlavně na pre-lithium křemíkový kyslík a křemíkový uhlík uložený v plynné fázi, aby vytvořila odpovídající zprávu.
Proč nás na prvním místě zajímá {{0}}.8 voltů? Vezmeme-li jako příklad ternární kladnou elektrodu s 600mAh/g silikonového záporného materiálu, i když je napětí v tříelektrickém hladinovém systému nastaveno na 2,5 voltu, záporná elektroda může hrát maximálně do 0,8 voltu . Proto jsou pro konstrukci článku důležitější křemíkové záporné 0,8 voltové údaje.
Jak udělat pre-lithium oxid křemičitý? S nárůstem obsahu prelithia je nevyhnutelné, že se budou tvořit různé silikátové fáze, a když další prelithium vytvoří fázi 414, lze z fázového diagramu zjistit, že nevyhnutelně dojde ke generování slitiny lithia a křemíku, což ovlivní skladování a stabilitu materiálu a není příznivé pro zpracování. A dá se po pre-lithium silico zlepšit expanze? Z teoretického výpočtu lze zjistit, že ve skutečnosti se objemová expanze předlithného křemíkového kyslíku s nárůstem obsahu lithia výrazně nemění. Naopak problém zbytkové alkálie způsobený samotným pre-lithným oxidem křemičitým ovlivní lepicí vlastnosti pojiva, ale zhorší roztažnost tohoto kusu.

Jak vyrobit pre-lithium křemíkový materiál? Myslím si, že základním faktorem je kontrola fáze křemičitanu lithia, v první řadě snížení fáze chudé na lithium, protože bude jíst kladnou elektrodu z lithného iontu, za druhé, aby se zabránilo tvorbě fáze bohaté na lithium, protože to ovlivní zpracovatelský výkon, takže si myslíme, že pre-lithium oxid křemíku je hlavně 213 fáze.
Druhým je kontrola velikosti jeho krystalu křemíku, snažíme se, aby velikost krystalu křemíku byla co nejmenší, méně než 5 nanometrů, dokonce i do amorfního stavu, abyste mohli snížit akumulaci stresu a nakonec zlepšit cyklus lithia.
Třetím je kontrola povrchové zbytkové alkálie, pokud je zbytková alkálie příliš vysoká, bude reagovat s pojivem, aby se snížila jeho pojivová účinnost, a poté ovlivní jeho cirkulaci. Pokud se jednoduše sníží povrchová zbytková alkálie bez povlaku, problém s produkcí plynu stále nelze vyřešit. Proto také musíme provést odpovídající úpravy na samotném materiálu pro další zlepšení zpracování, jako jsou běžně používané rychlé iontové vodiče nebo uhlíkové opláštění. Musíme však také odpovídajícím způsobem optimalizovat pevnost povlaku, protože při použití dvoušnekové kaše může docházet ke kolizím mezi částicemi nebo mezi částicemi a zařízením, což může vést k destrukci povrchu částic materiálu a event. produkční plyn bude produkován během procesu skladování kejdy.