Μέσα από το κύμα μετάβασης ενέργειας, η καινοτομία στην τεχνολογία των μπαταριών έχει καταστεί κρίσιμη για την οδήγηση της ανάπτυξης σε πολλούς τομείς. Το πυρίτιο - υλικά ανόδου άνθρακα, ένα ανερχόμενο αστέρι στο λίθιο - ιόντων υλικά ανόδου μπαταρίας ιόντων, αναδύονται σταδιακά, προσφέροντας νέα ελπίδα για τη βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας και το σπάσιμο μέσω των υφιστάμενων σημείων συμφόρησης ενέργειας. Η ανάπτυξή τους προσελκύει σημαντική προσοχή.
I. Επισκόπηση του πυριτίου - άνθρακα υλικά ανόδου
(I) Ορισμός και σύνθεση
Το πυρίτιο - Τα υλικά ανόδου άνθρακα είναι νέα υλικά ανόδου που σχηματίζονται με το συνδυασμό του πυριτίου (SI) και των υλικών άνθρακα με συγκεκριμένο τρόπο. Το πυρίτιο, με την εξαιρετικά υψηλή θεωρητική ειδική ικανότητά του (περίπου 4200 mAh/g), υπερβαίνει κατά πολύ εκείνη των παραδοσιακών υλικών ανόδου γραφίτη (θεωρητική ειδική ικανότητα περίπου 372 mAh/g), καθιστώντας την ιδανική επιλογή για την αύξηση της πυκνότητας ενέργειας. Ωστόσο, το Silicon βιώνει την επέκταση του όγκου πάνω από 300% κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της απόρριψης, ένα μειονέκτημα που περιορίζει σοβαρά την πρακτική του εφαρμογή στις μπαταρίες. Τα υλικά άνθρακα, από την άλλη πλευρά, διαθέτουν εξαιρετική αγωγιμότητα, σταθερότητα και ένα ορισμένο βαθμό ευελιξίας. Ο συνδυασμός τους με πυρίτιο μετριάζει αποτελεσματικά τον όγκο του πυριτίου αλλάζει και βελτιώνει τη σταθερότητα της δομής του ηλεκτροδίου. Τα δύο υλικά συμπληρώνουν το ένα το άλλο και σχηματίζουν μαζί το βασικό σύστημα πυριτίου - υλικά ανόδου άνθρακα.
(Ii) υπόβαθρο ανάπτυξης
Με την ταχεία πρόοδο της τεχνολογίας, διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές και νέα ενεργειακά οχήματα τοποθετούν όλο και μεγαλύτερες απαιτήσεις στην απόδοση της μπαταρίας, όπως η ενεργειακή πυκνότητα και το εύρος. Μετά από χρόνια ανάπτυξης, η απόδοση των παραδοσιακών υλικών ανόδου γραφίτη έχει φτάσει στα θεωρητικά του όρια, καθιστώντας δύσκολη την κάλυψη της ζήτησης της αγοράς για περαιτέρω βελτιώσεις στην απόδοση της μπαταρίας. Σε αυτό το σκηνικό, οι επιστήμονες έχουν στρέψει την προσοχή τους στο πυρίτιο - που βασίζονται σε υλικά και, μέσω συνεχούς εξερεύνησης, έχουν αναπτύξει πυρίτιο - υλικά ανόδου άνθρακα, ελπίζοντας να σπάσουν το αδιέξοδο στη βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας και να προωθήσουν τη σχετική βιομηχανία σε ένα νέο στάδιο ανάπτυξης.
Ii. Τεχνικά πλεονεκτήματα του πυριτίου - υλικά ανόδου άνθρακα
(I) Πυκνότητα υψηλής ενέργειας
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η υψηλή ειδική χωρητικότητα του πυριτίου επιτρέπει σε πυρίτιο - υλικά ανόδου άνθρακα για την αποθήκευση περισσότερων ιόντων λιθίου σε μπαταρίες, βελτιώνοντας σημαντικά την πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μπαταρίες ανόδου γραφίτη, οι μπαταρίες εξοπλισμένες με πυρίτιο - υλικά ανόδου άνθρακα μπορούν να επιτύχουν παραγγελίες υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητας μεγέθους, παρέχοντας μεγαλύτερο - διαρκή διάρκεια ζωής της μπαταρίας για ηλεκτρονικές συσκευές και μεγαλύτερο εύρος οδήγησης για ηλεκτρικά οχήματα. Αυτό ανακουφίζει αποτελεσματικά τις ανησυχίες της ανεπαρκούς ισχύος της μπαταρίας στις ηλεκτρονικές συσκευές και του "άγχους της εμβέλειας" των ηλεκτρικών οχημάτων.
(2) Βελτιωμένη χαμηλή - απόδοση θερμοκρασίας
Έρευνες έδειξαν ότι το πυρίτιο - υλικά ανόδου άνθρακα παρουσιάζουν καλύτερη σταθερότητα ποδηλασίας από τα υλικά ανόδου γραφίτη σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σε κρύους χειμώνες, κινητά τηλέφωνα και ηλεκτρικά οχήματα χρησιμοποιώντας πυρίτιο - υλικά ανόδου άνθρακα μπορούν να μετριάσουν αποτελεσματικά το πρόβλημα της ταχείας αποστράγγισης της μπαταρίας, εξασφαλίζοντας ότι οι συσκευές μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν κανονικά σε χαμηλά περιβάλλοντα-, βελτιώνοντας σημαντικά την εμπειρία των χρηστών.
(3) διευκολύνει τη γρήγορη φόρτιση
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης, τα ιόντα λιθίου ενσωματώνονται κατά προτίμηση σε πυρίτιο και στη συνέχεια στις ενδιάμεσες διαδρομές γραφίτη. Αυτό το χαρακτηριστικό του πυριτίου - υλικά ανόδου άνθρακα αυξάνει το μέσο δυναμικό της ανόδου και μειώνει την πιθανότητα επιμετάλλωσης λιθίου, διευκολύνοντας την ταχεία φόρτιση και την ικανοποίηση των απαιτήσεων των χρηστών για την ταχεία αναπλήρωση της μπαταρίας.
Διαδικασία προετοιμασίας για υλικά ανόδου άνθρακα
(I) Μηχανική άλεση μπάλας
Η μηχανική άλεση μπάλας είναι μια σχετικά παραδοσιακή μέθοδος παρασκευής. Περιλαμβάνει την τοποθέτηση πρώτων υλών όπως σκόνη πυριτίου και σκόνη άνθρακα σε ένα μύλο σφαίρας. Η υψηλή περιστροφή - ταχύτητας των μπάλες λείανσης προκαλεί τα σωματίδια της πρώτης ύλης να συγκρούονται, να αναμειγνύονται και να βελτιώνουν, επιτυγχάνοντας έτσι ένα σύνθετο πυρίτιο και άνθρακα. Αυτή η μέθοδος είναι σχετικά απλή και χαμηλή - κόστος, αλλά πάσχει από ζητήματα όπως η κακή ανάμειξη ομοιομορφίας και δυσκολία στον ακριβή έλεγχο του μεγέθους των σωματιδίων, με αποτέλεσμα την περιορισμένη σταθερότητα της απόδοσης του προκύπτοντος πυριτίου {{5} ανόδου άνθρακα.
(Ii) Χημική εναπόθεση ατμών (CVD)
Τα τελευταία χρόνια, έχει προκύψει σταδιακά μια νέα γενιά διαδικασιών προετοιμασίας, που εκπροσωπούνται από την CVD. Σε CVD, το αέριο σιλανίου πυολύνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα την καθίζηση και την ομοιόμορφη διασπορά των νανοσωματιδίων πυριτίου μέσα στους πόρους του πορώδους άνθρακα. Αυτό το πορώδες πλαίσιο άνθρακα όχι μόνο μετριάζει σημαντικά την επέκταση του πυριτίου κατά τη διάρκεια του φορτίου και της εκκένωσης, αλλά παρέχει επίσης μονοπάτια για ταχεία μεταφορά ιόντων λιθίου, βελτιώνοντας αποτελεσματικά τη γρήγορη απόδοση του υλικού - φόρτισης.
Το πυρίτιο - αρνητικά υλικά ηλεκτροδίου άνθρακα που παρασκευάζονται με μέθοδο CVD έχουν τα πλεονεκτήματα χαμηλού ρυθμού επέκτασης, την εξαιρετική απόδοση του κύκλου και την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και θεωρούνται η παρασκευή παρασκευής mainstream για την επόμενη γενιά πυριτίου - αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων άνθρακα.