Napredak u razvoju i primjeni materijala na bazi silicija

2024ABCA-8 "Osmi međunarodni forum o tehnologiji novih anodnih i katodnih materijala za baterije i 2. Tehnologija i razvoj tržišta natrijevih baterija" uspješno je održan u Suzhou 6., 7. i 8. ožujka 2024. Konferencija je bila susponzorirana od strane Kineske udruge industrije kemijskih i fizičkih izvora energije i 18. instituta China Electronics Technology Group Corporation. Advanced Battery Materials/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD., podržan od strane Instituta za fiziku, Kineske akademije znanosti, Ningbo Instituta za tehnologiju materijala i inženjerstvo, Kineske akademije znanosti, Suzhou instituta za nanotehnologiju i nanobioniku, Kineske akademije znanosti. Istovremeno je kupio 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 Tehnologija, Boselis i drugi suorganizatori snažne podrške. Ova konferencija pozvala je 300 poduzeća iz domaće i inozemne automobilske industrije, 3C elektronike, električnih alata, superkondenzatora, natrij-ionskih baterija, energetskih baterija, litij-ionskih baterija i srodnih baterijskih materijala (pozitivni, negativni, dijafragma, elektrolit, vodljivo sredstvo, aditivi ), i drugih srodnih poduzeća napredne prateće opreme, konferencija je organizirala ukupno 14 tematskih poglavlja, 80 tematskih izvješća.

Iz perspektive isporuka tijekom godina, prije 2022., isporuke silicijevih negativnih elektroda i propusnost su relativno niske, ali s razvojem tehnologije, isporuke silicijevih negativnih elektroda i propusnost poboljšani su u određenoj mjeri 2023. Uz kontinuirano razvojem 46 cilindara, uključujući potrošačku elektroniku, očekuje se da će silicijska negativna elektroda eksplodirati u sljedećih 2-3 godina.

Silikonski anodni materijali počeli su istraživati ​​i razvijati 1990-ih, razvoj današnjeg silicij kisika, industrijalizacija silicij karbonskih materijala, većina jezgre je strukturni dizajn i modifikacija površine. Akademska zajednica se uglavnom bavi strukturnim dizajnom, uključujući silicijske nanožice, šuplje strukture, strukture žumanjka i tako dalje. Industrija se uglavnom bavi izradom kompozitnih struktura, uključujući brušeni silicij ugljik, silicij kisik uključujući pre-litij silicij kisik, nove silicij ugljične materijale, uglavnom za rješavanje problema s kojima se suočavaju materijali negativne elektrode u primjeni. Najbitniji problem u primjeni anodnih materijala na bazi silicija je volumenska ekspanzija. Sa strane materijala, jedan je kompozit, drugi je nano, kompozit je uglavnom izrađen od legure silicija, materijala silicij oksida, dispergiranjem silicija u metalu ili matrici silicij oksida kako bi se olakšalo širenje, ali ti materijali imaju niz problema, najnovija generacija silicij materijala je nova vrsta silicija ugljika. Uglavnom se radi o korištenju CVD tehnologije za kombiniranje nano i kompozita za izradu silicij karbonskih materijala. Naravno, kraj ćelije također će napraviti odgovarajući dizajn, uključujući dizajn strukture ćelije, kemijski sustav, optimizaciju formule.

Predstavljen je status istraživanja i razvoja silicijevih materijala. Tijekom godina istraživanje i razvoj silicijskih anoda dosegli su četiri generacije materijala. Prva generacija silicij-ugljika, uključujući konvencionalni silicij-kisik, uglavnom se koristi u malim energetskim poljima zbog svoje cijene. Silicij, zbog nedostatka prirodnog prvog učinka, mora biti poboljšan prije litija, prije magnezija. Treća generacija pre-litij silicijevog oksida gurnuta je u masovnu proizvodnju, rješavajući problem prvog učinka, ali najveći problem je što je cijena nekontrolirana, a ne rješava problem ekspanzije. Na temelju budućeg razvoja, silicijevog ugljika taloženog parom, stopa ekspanzije je mala, teorijski trošak je niži, tako da su trenutni istraživački i razvojni napori povećani. Ovo se izvješće uglavnom usredotočuje na silicijski kisik prije litija i silicijski ugljik taložen u plinskoj fazi kako bi se izradilo odgovarajuće izvješće.
Zašto nam je uopće stalo do {{0}}.8 volti? Uzimajući za primjer ternarnu pozitivnu elektrodu s 600mAh/g silicijevog negativnog materijala, čak i ako se napon postavi na 2,5 volta u sustavu s tri električne razine, negativna elektroda može igrati samo do najviše 0,8 volta . Stoga su silicijski negativni podaci od 0,8 volta važniji za dizajn ćelije.
Kako napraviti pre-litij silicij oksid? S povećanjem udjela prelitija neizbježno je stvaranje raznih silikatnih faza, a kada daljnji prelitij formira fazu 414, iz faznog dijagrama može se zaključiti da će neizbježno doći do stvaranja legure litij silicija, što će utjecati na skladištenje i stabilnost materijala, te nije pogodan za obradu. I može li se ekspanzija poboljšati nakon prelithium silico? Iz teoretskog proračuna može se ustanoviti da se zapravo ekspanzija volumena kisika iz silicija prije litija ne mijenja značajno s povećanjem sadržaja litija. Naprotiv, problem zaostale lužine uzrokovan samim prelitijevim silicijevim dioksidom utjecat će na učinkovitost povezivanja veziva, ali će pogoršati ekspanziju ovog komada.

Kako napraviti pre-litij silikonski materijal? Mislim da je ključni čimbenik za kontrolu faze litij silikata, prije svega za smanjenje faze siromašne litijem, jer će pojesti pozitivnu elektrodu iz litij iona, drugo za izbjegavanje stvaranja faze bogate litijem, jer će to utjecati na performanse obrade, tako da mislimo da je pre-litij silicij oksid je uglavnom 213 faza.
Drugi je kontrolirati veličinu kristala silicija, nastojimo veličinu kristala silicija učiniti što manjom, manjom od 5 nanometara, čak i do amorfnog stanja, tako da možete smanjiti nakupljanje naprezanja i u konačnici poboljšati ciklus litija.
Treće je kontrolirati površinsku zaostalu lužinu, ako je zaostala lužina previsoka, reagirat će s vezivom kako bi se smanjila njegova učinkovitost vezivanja, a zatim utjecati na njegovu cirkulaciju. Ako se površinska zaostala lužina jednostavno smanji, bez premazivanja, još uvijek se ne može riješiti problem proizvodnje plina. Stoga također moramo izvršiti odgovarajuće izmjene na samom materijalu kako bismo dodatno poboljšali obradu, kao što su često korišteni brzi ionski vodiči ili ugljične obloge. Međutim, također trebamo optimizirati čvrstoću premaza u skladu s tim, jer ako se koristi kaša s dva puža, može doći do sudara između čestica ili između čestica i opreme, što može dovesti do uništenja površine čestica materijala, i na kraju proizvodni plin će se proizvoditi tijekom procesa skladištenja gnojnice.