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江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 2020-06-18 點(diǎn)擊595次
電極的能量密度與負(fù)極材料的克容量呈正相關(guān)。目前，高端石墨的克容量已達(dá)到360-365mah/g，接近理論克容量372mah/g，因此，從負(fù)極材料的角度來(lái)看，電池能量密度的提高需要開(kāi)發(fā)一種具有更高容量的負(fù)極材料。
硅基負(fù)極材料具有最廣闊的商業(yè)前景。硅基負(fù)極材料中的Si和Li+發(fā)生合金化反應(yīng)，最大容量為4200mah/g，是石墨的10倍以上。硅的電化學(xué)嵌鋰電位也很低（約0.4Vvs.Li/里+它是下一代高能量密度鋰離子電池的潛在負(fù)極材料。
硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是：硅鋰合金在充放電過(guò)程中伴隨著巨大的體積變化，體積變化劇烈。最大膨脹率可達(dá)320%，而碳材料的膨脹率僅為16%。巨大的體積變化導(dǎo)致了以下挑戰(zhàn)：硅顆粒破碎和粉碎、負(fù)活性物質(zhì)從電極上脫落、固相電解質(zhì)層（SEI膜）因粉碎和脫落而連續(xù)形成，鳳谷高溫?zé)Y(jié)爐，以動(dòng)態(tài)翻滾形式加熱硅顆粒。目前主要涉及材料設(shè)計(jì)（納米硅、硅碳涂層、氧化硅添加等）和電池體系優(yōu)化（FEC、VC、Cm-sbr、聚丙烯酸鋰等電解液添加劑的選擇以及導(dǎo)電劑的優(yōu)化）。
碳包覆氧化硅和納米碳化硅的制備方法很多，商品化程度高，制備工藝比石墨復(fù)雜，產(chǎn)品未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。目前，碳包覆氧化硅和納米碳化硅是兩種商業(yè)化程度最高的負(fù)極材料。硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化時(shí)間短，日本企業(yè)居世界領(lǐng)先地位，日本日立、塘棲等國(guó)內(nèi)貝特瑞企業(yè)居世界領(lǐng)先地位。2015年以來(lái)，他們先后將硅基負(fù)極材料應(yīng)用于消費(fèi)電池和動(dòng)力電池，推動(dòng)了硅基負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，根據(jù)對(duì)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)鋰電池的研究，目前能批量生產(chǎn)硅基負(fù)極材料的企業(yè)不超過(guò)3家，其中貝特利是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)，2017年實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和出貨。現(xiàn)在它已經(jīng)成功進(jìn)入松下特斯拉的供應(yīng)鏈。