Прогресс в разработке и применении материалов на основе кремния

2024ABCA-8 «8-й Международный форум по новым технологиям анодных и катодных материалов для батарей и 2-й Технологии и развитие рынка натриевых батарей» успешно прошел в Сучжоу 6, 7 и 8 марта 2024 года. Спонсором конференции выступила Китайской ассоциацией производителей химической и физической энергии и 18-м институтом Китайской корпорации электронных технологий. Advanced Battery Materials/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD., при поддержке Института физики Китайской академии наук, Института технологии материалов и инженерии Нинбо, Китайской академии наук, Сучжоуского института нанотехнологий и нанобионики, Китайской академии наук. В то же время она приобрела 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. Технология, Боселис и другие соорганизаторы сильной поддержки. В этой конференции приняли участие 300 предприятий отечественной и зарубежной автомобильной промышленности, электроники 3C, электроинструментов, суперконденсаторов, натрий-ионных аккумуляторов, силовых аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторов и сопутствующих аккумуляторных материалов (положительных, отрицательных, диафрагменных, электролитов, проводящих агентов, добавок). ) и других предприятий, связанных с современным вспомогательным оборудованием, на конференции было организовано в общей сложности 14 глав темы и 80 тематических докладов.

С точки зрения поставок в течение многих лет, до 2022 года, поставки и проницаемость кремниевых отрицательных электродов относительно низкие, но с развитием технологий поставки и проницаемость кремниевых отрицательных электродов были в определенной степени улучшены в 2023 году. при разработке 46 цилиндров, включая бытовую электронику, ожидается, что кремниевый отрицательный электрод взорвется в ближайшие 2-3 лет.

Исследования и разработки кремниевых анодных материалов начались в 1990-х годах, в ходе развития сегодняшней индустриализации кремниево-кислородных и кремниево-углеродных материалов, наиболее важным является структурный дизайн и модификация поверхности. Академическое сообщество в основном занимается структурным проектированием, включая кремниевые нанопроволоки, полые структуры, структуры яичного желтка и так далее. Промышленность в основном занимается созданием композитных структур, в том числе шлифованного кремниево-углеродного, кремниево-кислородного, включая предлитий-кремниево-кислородный, новых кремниево-углеродных материалов, в основном для решения проблем, с которыми сталкиваются материалы отрицательных электродов в применении. Наиболее существенной проблемой при применении анодных материалов на основе кремния является объемное расширение. Что касается материала, один композитный, другой нано, композит в основном изготовлен из кремниевого сплава, оксида кремния, путем диспергирования кремния в металле или матрице оксида кремния для облегчения расширения, но эти материалы имеют множество проблем, Кремниевый материал последнего поколения представляет собой новый тип кремниевого углерода. В основном это использование технологии CVD для объединения нано- и композитных материалов для изготовления кремний-углеродных материалов. Конечно, конец ячейки также будет выполнять соответствующий дизайн, включая дизайн структуры ячейки, химическую систему, оптимизацию формулы.

Представлен статус исследований и разработок кремниевых материалов. За прошедшие годы исследования и разработки кремниевых анодов достигли четырех поколений материалов. Первое поколение кремний-углерода, включая обычный кремний-кислород, в основном используется в малых энергетических отраслях из-за его ценового преимущества. Кремнезем, из-за отсутствия естественного первого эффекта, должен быть предварительно литием, предварительно магниевым улучшением. Третье поколение предварительного литий-кремниевого оксида было запущено в массовое производство, решая проблему первого эффекта, но самая большая проблема заключается в том, что стоимость неконтролируема и не решает проблему расширения. Основываясь на будущих разработках, осажденный из паровой фазы кремниевый углерод, скорость расширения невелика, теоретическая стоимость ниже, поэтому текущие исследования и разработки увеличиваются. В этом отчете в основном основное внимание уделяется предварительному литий-кремниево-кислородному и газофазному осаждению кремниевого углерода, чтобы сделать соответствующий отчет.
Почему нас вообще волнует {{0}},8 вольт? Если взять в качестве примера тройной положительный электрод с кремниевым отрицательным материалом емкостью 600 мАч/г, то даже если в системе с тремя электрическими уровнями напряжение составляет 2,5 В, отрицательный электрод может играть максимум до 0,8 В. . Следовательно, отрицательные значения кремниевого напряжения 0,8 В более важны для конструкции элемента.
Как сделать предварительный оксид лития-кремния? С увеличением содержания предлития неизбежно будут образовываться различные силикатные фазы, а когда дальнейший предлитий образует фазу 414, из фазовой диаграммы можно обнаружить, что неизбежно произойдет образование литий-кремниевого сплава, что повлияет на хранение и стабильность материала и не способствует переработке. И можно ли улучшить расширение после предварительного литий-кремниевого сплава? Из теоретического расчета можно обнаружить, что на самом деле объемное расширение предлитий-кремниевого кислорода существенно не меняется с увеличением содержания лития. Напротив, проблема остаточной щелочи, вызванная самим прелитий-кремнеземом, повлияет на характеристики склеивания связующего, но ухудшит расширение этой детали.

Как сделать литий-кремниевый материал? Я думаю, что основной фактор для контроля фазы силиката лития, в первую очередь, чтобы уменьшить фазу с низким содержанием лития, потому что он съедает положительный электрод из иона лития, во-вторых, чтобы избежать образования фазы, богатой литием, потому что это повлияет на производительность обработки, поэтому мы считаем, что предварительный оксид лития-кремния в основном состоит из 213 фаз.
Во-вторых, мы стараемся контролировать размер кристаллов кремния: мы стараемся сделать размер кристаллов кремния как можно меньшим, менее 5 нанометров, даже до аморфного состояния, чтобы можно было уменьшить накопление напряжения и в конечном итоге улучшить литиевый цикл.
В-третьих, контроль остаточной щелочи на поверхности: если остаточная щелочь слишком высока, она вступит в реакцию со связующим, уменьшив эффективность склеивания, а затем повлияет на его циркуляцию. Если просто уменьшить поверхностную остаточную щелочь без нанесения покрытия, проблема газообразования все равно не будет решена. Поэтому нам также необходимо внести соответствующие изменения в сам материал для дальнейшего улучшения обработки, например, широко используемые проводники быстрых ионов или углеродную оболочку. Однако нам также необходимо соответствующим образом оптимизировать прочность покрытия, поскольку при использовании двухшнековой суспензии могут возникнуть столкновения между частицами или между частицами и оборудованием, что может привести к разрушению поверхности частиц материала и, в конечном итоге, к разрушению поверхности частиц материала. добываемый газ будет производиться в процессе хранения шлама.