Napredak u razvoju i primjeni materijala na bazi silicija

2024ABCA-8 "8. međunarodni forum o tehnologiji novih baterijskih anoda i katodnih materijala i 2. tehnologija natrijumskih baterija i razvoj tržišta" uspješno je održan u Suzhouu 6, 7. i 8. marta 2024. godine. Konferencija je bila kosponzorisana od strane China Chemical and Physical Power Supply Industry Association i 18th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Advanced Battery Materials/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD., uz podršku Instituta za fiziku, Kineske akademije nauka, Ningbo instituta za tehnologiju materijala i inženjeringa, Kineske akademije nauka, Suzhou instituta za nanotehnologiju i nanobioniku, Kineske akademije nauka. U isto vrijeme, kupio je 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, Za Wisteria Group Tehnologija, Boselis i drugi suorganizatori imaju snažnu podršku. Ova konferencija je pozvala 300 preduzeća iz domaće i strane automobilske industrije, 3C elektronike, električnih alata, superkondenzatora, natrijum-jonskih baterija, električnih baterija, litijum-jonskih baterija i srodnih materijala za baterije (pozitiv, negativ, dijafragma, elektrolit, provodljivo sredstvo, aditivi ), i drugih srodnih preduzeća napredne prateće opreme, konferencija je organizovala ukupno 14 poglavlja na temu, 80 tematskih izvještaja.

Iz perspektive isporuka tokom godina, prije 2022. godine, isporuke silicijumskih negativnih elektroda i propusnost su relativno niske, ali razvojem tehnologije, isporuke silikonskih negativnih elektroda i propusnost su u određenoj mjeri poboljšani u 2023. godini. razvoj 46 cilindara, uključujući potrošačku elektroniku, očekuje se da će silikonska negativna elektroda eksplodirati u sljedećih 2-3 godina.

Silicijum anodni materijali počeli su da se istražuju i razvijaju 1990-ih, razvoj današnjeg silicijum kiseonika, industrijalizacija silicijumskih ugljičnih materijala, najvažnija je strukturni dizajn i modifikacija površine. Akademska zajednica se uglavnom bavi dizajnom konstrukcija, uključujući silikonske nanožice, šuplje strukture, strukture žumanca i tako dalje. Industrija se uglavnom bavi izradom kompozitnih struktura, uključujući brušeni silicijumski ugljik, silicijum kiseonik uključujući pre-litijum silicijum kiseonik, nove silicijum-karbonske materijale, uglavnom za rešavanje problema sa kojima se suočavaju negativni materijali elektroda u primeni. Najvažniji problem u primjeni anodnih materijala na bazi silicija je proširenje volumena. Sa strane materijala, jedan je kompozit, drugi je nano, kompozit je uglavnom napravljen od legure silicija, materijala od silicijum oksida, dispergiranjem silicija u metalu ili silicijum oksidnoj matrici kako bi se olakšalo širenje, ali ovi materijali imaju niz problema, Najnovija generacija silicijumskog materijala je nova vrsta silicijum-ugljika. Uglavnom se koristi CVD tehnologija za kombinovanje nano i kompozita za izradu silicijum-karbonskih materijala. Naravno, kraj ćelije će takođe uraditi odgovarajući dizajn, uključujući dizajn strukture ćelije, hemijski sistem, optimizaciju formule.

Uveden je status istraživanja i razvoja silicijumskih materijala. Tokom godina, istraživanje i razvoj silicijumskih anoda doseglo je četiri generacije materijala. Prva generacija silicijumskog ugljika, uključujući konvencionalni silicijumski kiseonik, uglavnom se koristi u malim energetskim poljima zbog svoje prednosti u pogledu troškova. Silicijum, zbog nedostatka prirodnog prvog efekta, mora biti pre-litijum, pre-magnezijum poboljšanje. Treća generacija pre-litijum silicijum oksida je gurnuta u masovnu proizvodnju, rešavajući problem prvog efekta, ali najveći problem je što je cena nekontrolisana, a ne rešava problem ekspanzije. Na osnovu budućeg razvoja, silicijum-ugljika deponovanog parom, brzina ekspanzije je mala, teoretski troškovi su niži, tako da se trenutni napori u istraživanju i razvoju povećavaju. Ovaj izvještaj se uglavnom fokusira na pre-litijum silicijum kiseonik i gasnu fazu deponovan silicijum ugljik za izradu odgovarajućeg izvještaja.
Zašto nas uopće briga za {{0}}.8 volti? Uzimajući ternarnu pozitivnu elektrodu sa 600mAh/g silicijum negativnog materijala kao primjer, čak i ako je napon postavljen na 2,5 volti u sistemu sa tri električna nivoa, negativna elektroda može igrati najviše do 0,8 volti . Stoga su silicijum negativni podaci od 0,8 volti važniji za dizajn ćelije.
Kako napraviti pre-litijum silicijum oksid? Sa povećanjem sadržaja prelitijuma neminovno je da će se formirati različite silikatne faze, a kada dalji prelitijum formira fazu 414, iz faznog dijagrama se može utvrditi da će neminovno doći do stvaranja legure litij silicija, što će uticati na skladištenje i stabilnost materijala, te nije pogodan za obradu. I može li se proširenje poboljšati nakon pre-litijum silikona? Iz teorijskog proračuna može se utvrditi da se zapravo volumna ekspanzija prelitijum silicijum kiseonika ne menja značajno sa povećanjem sadržaja litija. Naprotiv, problem rezidualne alkalije uzrokovane samim pre-litijum silicijumom će uticati na performanse vezivanja veziva, ali će pogoršati ekspanziju ovog komada.

Kako napraviti pre-litijum silicijumski materijal? Mislim da je ključni faktor za kontrolu faze litij-silikata, prije svega da se smanji faza siromašne litijumom, jer će pojesti pozitivnu elektrodu iz litijum jona, drugo da izbjegne stvaranje faze bogate litijem, jer će utjecati na performanse obrade, tako da mislimo da je pre-litijum silicijum oksid uglavnom 213 faza.
Drugi je da kontrolišemo veličinu kristala silicijuma, trudimo se da veličina kristala silicijuma bude što manja, manja od 5 nanometara, čak i do amorfnog stanja, tako da možete smanjiti akumulaciju stresa i na kraju poboljšati ciklus litija.
Treća je kontrola površinske zaostale lužine, ako je zaostala alkalija previsoka, ona će reagovati sa vezivom kako bi se smanjila sposobnost vezivanja, a zatim će uticati na njegovu cirkulaciju. Ako se površinski ostatak alkalija jednostavno smanji, bez premaza, problem proizvodnje plina još uvijek se ne može riješiti. Stoga, također moramo napraviti odgovarajuće modifikacije na samom materijalu kako bismo dalje poboljšali obradu, kao što su uobičajeni provodnici brzih jona ili karbonska obloga. Međutim, također moramo optimizirati čvrstoću premaza u skladu s tim, jer ako se koristi dvopužna smjesa, može doći do sudara između čestica ili između čestica i opreme, što može dovesti do uništenja površine čestica materijala, a na kraju proizvodni gas će se proizvoditi tokom procesa skladištenja suspenzije.