La capacidad específica teórica del Si es tan alta como 4200 mAh/g, que es 10 veces mayor que la capacidad específica teórica del grafito; el potencial de intercalación de litio de Si es bajo, que es de 0,37 mV Li/Li+; y Si es el segundo elemento más abundante en la tierra, que no es dañino para el medio ambiente. Se producirá destrucción, y el proceso de producción de nanosilicio es maduro y de bajo costo, por lo que los investigadores consideran que el Si es el principal material de ánodo para reemplazar el grafito en el futuro.

Sin embargo, en el proceso de intercalación y extracción de litio, el volumen de Si se expandirá y contraerá, y la tasa de cambio puede alcanzar el 400%. El cambio de tensión mecánica generado en este proceso hace que el material del electrodo negativo se colapse, la estructura del electrodo sea inestable y la película SEI en la superficie del electrodo negativo sea inestable e inestable. Además, el Si es un semiconductor y su conductividad es baja, y la expansión y contracción de las nanopartículas de Si también hace que se separen gradualmente de la red de transporte de electrones y partículas, reduciendo aún más su conductividad. Todos estos limitan en gran medida el rendimiento electroquímico de Si. Cómo limitar el cambio de volumen de Si y utilizar mejor la ventaja de capacidad de Si es la principal dirección de investigación en la actualidad.

Mecanismo de formación de película SEI en materiales de ánodo basados ​​en Si

Al igual que los materiales de ánodo de grafito, los materiales de ánodo a base de Si también formarán una película SEI en la interfaz sólido-líquido durante el proceso de formación. Sin embargo, durante la intercalación y extracción de litio, el dramático cambio de volumen de Si hace que la película de SEI se rompa de forma continua. generado, lo que resulta en un bajo rendimiento del ciclo de la batería y una baja eficiencia de Coulombic. Por lo tanto, la investigación actual se enfoca en cómo limitar el cambio de volumen de Si a través de la recombinación de materiales, para ejercer la ventaja de capacidad de Si.

En muchos estudios, el más involucrado es la composición de carbono de silicio. En la producción real, hay varias formas de combinar materiales de silicio y materiales de carbono. Entre ellos, la estructura ideal es utilizar estructuras compuestas de carbono y silicio incrustadas para ayudar a que la construcción forme una película SEI estable. Por ejemplo, la estructura de núcleo-carcasa formada después del recubrimiento tiene un cierto efecto amortiguador en la expansión de Si, lo que hace que la película SEI sea más estable y también inhibe la aglomeración de partículas de Si. Solo si el problema de expansión de volumen del Si se resuelve primero, y sus características de capacidad pueden ejercerse bien, la investigación adicional como material de electrodo será significativa.

Cuando se ejerza bien la capacidad del Si como material de electrodo negativo, la aplicación de materiales basados ​​en Si en la producción real se hará realidad. Desde la perspectiva del proceso de producción de baterías, se estudia que las propiedades de la película SEI formada se ven afectadas por el control de los parámetros del proceso de formación y luego mejoran el Solo el rendimiento de la batería tiene importancia práctica.

Las medias celdas se fabricaron en el laboratorio, utilizando AFM combinado con métodos de caracterización convencionales y métodos de prueba de rendimiento de baterías de iones de litio para explorar un rango ideal de parámetros de una sola variable para la formación de películas SEI bajo la condición de cambiar la corriente de formación, la temperatura de formación y voltaje de corte solo; Luego, se combinan dos variables diferentes dentro del rango variable único óptimo mencionado anteriormente, y se exploran la combinación de variables y el rango de parámetros para formar una película SEI más ideal bajo diferentes condiciones de combinación。

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