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纳米硅粉在锂电池中做负极材料的应用

- 2018-12-11-

作用原理 

由于纳米硅对与锂电池的高吸收率,将纳米硅粉用于锂电池可以大幅度提高锂电池的容量(理论可以达到4000mA/h)。以纳米硅粉和石墨为原料,替代纳米碳粉,作为锂电池负极材料,利用机械球磨的方法制备了硅/石墨复合物, 采用XRD、SEM以及电化学测试等手段对材料进行了结构表征和性能测试.通过球磨不同质量比的硅和石墨, 并对相应的复合物进行充放电测试, 寻找到了硅和石墨的较佳比例, 其值为1∶9。组成Si-C复合材料,可以有效的降低由于硅吸收锂离子时的膨胀,同时可以加大与电解液的亲和力,易与分散,提高循环性能。用纳米硅粉做成纳米硅线用在充电锂电池负极材料里,或者在纳米硅粉表面包覆石墨用做充电锂电池负极材料,可以提高了充电锂电池3倍以上的电容量和充放电循环次数。实验结果表明, 所得材料既具备高于纯纳米硅的循环性能, 又具有比石墨高的可逆容量,同时大幅度提高锂电池容量。当硅与石墨的质量比为4:6时,容量衰减较快,25次循环后容量为200mA.h/g,故复合物中硅的含量不能太大.如果硅的含量较大,导致石墨不能很好地将硅分散开,纳米硅之间接触的机会增多,发生团聚,库仑效率和循环性能就会随之下降.硅和石墨质量比为3:7时,复合物25次循环后的可逆容量虽然大于硅与石墨质量比为4:6(约240mA.h/g)时的可逆容量,但从曲线上看出,衰减还是很快.可见硅与石墨质量比为1:9和2:8时,循环性能较好,而1:9时为较好.由于纳米硅的价格又远高于石墨,故如应用于生产实践,硅和石墨比为1:9更为经济.与纯石墨比较,质量比1:9的复合物可逆容量大大提高,是石墨的两倍多.循环性能也较好,30次循环后达到310mA.h/g.硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料具有很高的比容量,硅的理论容量为4200mA.h/g,机械球磨法制备的石墨/纳米硅复合物被用作锂离子电池负极材料.该复合材料体现了硅储锂量高及石墨循环性能良好、体积效应小的特点.实验结果得出较佳的硅/石墨质量比为1:9 .电化学性能测试表明复合材料循环性能相对纯硅电极有很大改善且具有高于石墨的可逆容量,有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。


主要用途:

1、用纳米硅粉做成纳米硅线用在充电锂电池负极材料里,或者在纳米硅粉表面包覆石墨用做充电锂电池负极材料,提高了充电锂电池3倍以上的电容量和充放电循环次数。
2、纳米硅粉用在耐高温涂层和耐火材料里。
3、纳米硅粉与金刚石高压下混合形成碳化硅---金刚石复合材料,用做切削刀具!


 

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