С постоянным развитием литий-ионных аккумуляторов графитовый анодный материал на рынке приблизился к своей теоретической удельной емкости (372 мАч/г), и низкая теоретическая удельная емкость больше не может удовлетворять потребности людей. Существует острая необходимость разработки материала с более высокой удельной способностью для решения этой проблемы. Эта проблема. Среди многих новых анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов кремний (Si) имеет высокую теоретическую удельную емкость (4200 мАч/г), низкий потенциал внедрения лития (0,4–0,6 В) и большие запасы (26,4% в земной коре). Оно получило широкое внимание.
Кремний-углеродные аноды и кремний-кислородные аноды сочетают в себе преимущества высокой проводимости и стабильности углеродных материалов с высокой удельной емкостью кремниевых материалов. Процесс относительно зрелый, и общие электрохимические характеристики лучше. Они стали новым направлением, ведущим в развитии индустрии анодных материалов для литиевых батарей. . Среди них кремний-кислородный путь быстро продвинулся вперед и вступил в стадию промышленного применения. В основном он используется в области силовых аккумуляторов, но его стоимость относительно высока. Кремний-углеродные аноды имеют большую перспективу применения из-за более высокой удельной емкости и высокого КПД с первого раза. Хотя анодные материалы из сплавов на основе кремния обладают значительным улучшением удельной емкости по сравнению с анодными материалами из графита, они еще не использовались в больших масштабах из-за высокой сложности процесса, высоких производственных затрат и низкой эффективности первой зарядки и разрядки.
Кремний-углеродный анод представляет собой смесь нанокремния и углеродных материалов. Уменьшив размер частиц материала на основе кремния до нанометрового уровня, он может иметь больше пустот для смягчения напряжений и деформаций, создаваемых кремнием в процессе деинтеркаляции ионов лития. В процессе изготовления кремний-углеродного анода сначала необходимо подготовить частицы нанокремния, а внешний слой покрыть углеродом, чтобы сформировать структуру оболочка-ядро. Текущая коммерческая емкость кремний-углеродного анода составляет менее 450 мАч/г. Он имеет высокий начальный КПД, но его объемное расширение велико, поэтому его циклическая производительность относительно низкая.
Кремний-кислородный отрицательный электрод представляет собой смесь оксида кремния и графитовых материалов. По сравнению с кремниевыми материалами, объемное расширение материалов из оксида кремния во время процесса введения лития значительно снижается (объемное расширение оксида кремния во время процесса введения лития около 118%, кремний составляет более 300%), поэтому его циклическая производительность значительно возрастает. улучшен. Кроме того, кремний-кислородный анод впервые имеет низкий КПД, высокую себестоимость производства и нестандартизированный процесс изготовления. В настоящее время относительно зрелым техническим решением является структура из оксида кремния с углеродным покрытием. Обычно сначала готовят оксид кремния для литиевых батарей, а затем выполняют углеродное покрытие и другие последующие процессы.
В целом преимуществом кремний-кислородного анода является то, что он имеет хороший срок службы, но первый КПД низок. Первую эффективность можно повысить с помощью таких технологий, как прелитиация. Преимущество кремний-углеродного анода заключается в том, что он имеет высокий первый КПД, но малый срок службы. Риск расширения и поломки можно снизить, а срок службы увеличить за счет нанометризации кремния.