锂离子电池硅碳负极材料与技术
发布日期：2023-03-23 浏览量：1
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【项目概况】
锂离子电池具有能量密度较高、无记忆效应、自放电小、输出电压较高、循环寿命较长、且对环境友好等优点，被广泛地应用在手机、笔记本电脑等电子产品中，是目前这种消费类电子产品的主要电源，随着纯电动汽车、混合动力汽车以及高端电力储能系统对高性能电池装置需求的提高，锂离子电池逐渐取代了传统的铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池成为新一代能源储备装置中的佼佼者。目前硅和硅碳作为锂离子电池的负极材料绝大多数还不能满足市场上商业化要求，极少数性能优异的硅负极材料容量低、长期循环性能差或者成本高，严重限制了其在工业上的应用。
本项目采取纳米化和复合化等策略，开发了材料合成新方法，制备了系列单质硅纳米材料、硅碳复合材料，同时研制了硅碳包覆新技术和硅碳负极的制备新工艺，为硅碳负极的商业化提供了支撑。
【关键技术】
（1）单质硅纳米材料制备工艺：利用天然或价廉的商业原料制备了大小均匀的单质硅纳米颗粒、多孔硅、二维超薄纳米硅片。
（2）硅碳复合材料制备工艺：开发了硅表面修饰和硅碳复合新方法，一步法合成了具有高循环性能、高倍率性能的硅碳复合纳米材料。
（3）硅粉的碳包覆制备工艺：改进了包覆硅粉制备硅碳复合材料的制备技术，获得了高性能的硅碳复合材料。
（4）硅碳负极的制备工艺：以商业化的硅纳米粉、微米硅粉、微米氧化亚硅等为硅源，采用包覆以及电极制备新技术，制备硅碳复合负极，与传统技术得到的硅碳复合负极相比，所得负极的循环性能有大幅提高。
所得材料用作锂离子电池的负极显示优异的电化学性能，如首圈库仑效率可达90%，比容量达3000 mA h /g (电流密度0.2 A/g)，2 A/g电流下循环400圈后容量保有率80%~100%，10 A/g快速充放电流下725 mAh/g等优异性能，可以应用于新一代高性能锂离子电池中。
【应用领域和市场前景】
随着高端便携电器和汽车电气化需求日益激增，硅基负极材料的应用必将大有所为。本项目生产的硅纳米材料、硅碳复合材料以及硅碳包覆技术与当前现有硅碳负极材料生产工艺与硅碳负极制备工艺相匹配，不需额外设备投资，直接获得性能优异的硅碳负极。
本项目利用价格便宜的商业原料，在温和条件下高产率、低成本地制备单质硅纳米颗粒、片状单质硅、多孔硅材料以及硅碳复合材料，所得材料用作锂离子电池的负极显示优异的电化学性能，达到商用锂离子电池的负极材料要求，可以应用于新一代高容量高性能商业化3C锂离子电池中；并进一步进军高容量密度的动力电池市场，及新一代高容量、高倍率的新型能源存储装置。