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斯诺和国内外在硅基负极材料的最新研发进展情况

国际新能源网  来源:高工锂电  日期:2019-02-18
  胡文良表示,深圳斯诺的硅基负极材料首次容量为1616.3 mAh/g,首次效率为76.89%,在容量和效率上都已经和商业化的产品非常接近。
 
  在当前的锂离子电池材料体系方面,负极材料主要还是以石墨类为主,但硅碳负极材料被业内认为是实现下一代高比能动力电池产业化的关键。
 
  从市场来看,中国主要以纳米硅碳复合和多孔硅碳复合,目前国内外只有少数几企业能实现硅碳的量产,但是在规模化应用上还存在较大的体积膨胀的问题。
 
  深圳斯诺研发主管胡文良分析了当前斯诺和国内外在硅基负极材料的最新研发进展情况。
 
  胡文良指出,目前硅基负极材料主要问题有体积膨胀、材料粉化,导电网络失效、SEI反复生长等问题。上述问题会导致电池安全性能差,倍率性能差等问题。对此,我们认为硅基负极以后开发的方向主要有表面包覆,表面的特殊结构,预锂化,致密结构以及电极体系的匹配等。
 
  胡文良表示,硅基负极的发展方向主要为降低膨胀,提高循环寿命,降低生产成本。
 
  降低膨胀措施主要有材料的结构设计,多结构、多元材料、多技术交叉结合;提高寿命的措施主要有纳米化、原位包覆;降低成本主要是对产品的工艺进行创新,设备与工程技术的研发,降低生产能耗等。
 
  由于硅基负极具有较大的体积膨胀,不能直接使用,需要对其进行改性之后才能再实际应用。主要的改性方法有结构化改性,碳包覆改性以及预嵌锂。
 
  具体来看,结构化改性就是将材料制成纳米颗粒、纳米线、纳米片,这样可以提高材料的结构稳定性,缓冲材料的体积膨胀,并且可以增加材料的活性界面,有利于材料的电化学性能。
 
  碳包覆就是在材料包覆一层碳元,碳包覆可以抑制材料的体积膨胀,有利于在材料表面形成一层稳定的SEI膜。同时碳包覆可以提高材料的导电性,有利于倍率性能。
 
  而预嵌锂可以预先在电极表面形成一层SEI膜,减少首次不可逆容量损失,提高电极首次库伦效率。
 
  胡文良表示,深圳斯诺的硅基负极材料首次容量为1616.3mAh/g,首次效率为76.89%,在容量和效率上都已经和商业化的产品非常接近。以上的数据都是半电池的数据,全电池的应用还在继续验证。
 
  与此同时,胡文良还提到由于硅基负极具有独特的物理化学性质,当前石墨电极的电极体系不能够满足硅基材料在实际中的应用,因此需要开发新的电极体系。比如说PAI新型粘结剂,以及VC、FEC等新型电解液添加剂的使用。
 
  在粘结剂对材料应用的影响方面,粘结剂应具有较高的导电性和机械延展性,从而有效适应硅碳负极在循环过程中的大体积变化,以保持高的结构完整性。同时保持电极的高导电性。而高模量的粘结剂有利于材料的循环性能。
 
  在导电剂对材料应用的影响方面,导电剂需要具有良好的导电性能的同时,还需要较大的长径比,在电极体系中形成三维导电网络,在循环过程中活性物质不会与导电剂发生脱离,保持电极高导电性。
 
  采用点线复合形式的导电剂可以满足短程和长程电子传输通道,有利于硅基循环性能,能够有效促进容量发挥,改善倍率。
 
  在电解液对材料应用的影响方面,由于硅基材料在循环中较大的体积变化,会导致材料表面的SEI膜不断薄弱、生长,消耗锂离子,从而导致材料的循环性能降低。而FEC添加剂它优先于电解液溶剂,能够在负极端形成紧实且具有优异导锂性能的SEI层,高含量的FEC添加剂可以有效提升性能。
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