计划年产200吨纳米硅粉应用于锂电池硅碳负极材

2019-03-16 09:34:57

计划年产200吨纳米硅粉应用于锂电池硅碳负极材料中

作为锂离子电池负极材料，纳米硅粉具有最高理论比容量（理论值达4200mAh/g)，远远高于目前广泛应用的碳材料，但是纳米硅作为锂电池负极材料的缺点就是在与锂合金化的过程中，伴随着很大的体积变化，在循环过程中会造成活性物质的脱落使容量很快衰减，循环性能很差。目前为了解决这个问题，有研究者把纳米硅粉/纳米氮化钛/纳米碳化钛三种材料作为复合材料，实验表明它们具有稳定的循环性能，TiN,TiC 等相作为惰性组分起到了稳定结构的作用，其作用主要表现在：在放电过程中，对于LiSi形成过程中的体积膨胀起到缓冲作用，抑制由于合金粉化，从电极上剥落而引起的容量衰减，在充电过程中，又起到阻止Si微粒团聚的作用。另外，TiN,TiC 等相的导电性都较好，有增强电极导电性的作用。由于纳米硅对与锂电池的高吸收率，将纳米硅用于锂电池可以提高锂电池的容量。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最佳比例, 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，同时提高锂电池容量。当纳米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，纳米硅粉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时为最好.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的复合物首次可逆容量大大提高，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.实验结果得出最佳的硅/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。 
上海超威纳米科技有限公司经过多年的激光离子束气相法生产纳米硅粉的工艺调整和市场硅碳负极材料对纳米硅粉的需求完善，已经成功地把纳米硅颗粒应用到锂电池硅碳负极材料中，上海超威纳米公司计划于2019年稳定供应200吨纳米硅颗粒，应用于锂电池硅碳负极材料中。
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