Pokrok vo vývoji a aplikácii materiálov na báze kremíka

2024ABCA-8 „8. medzinárodné fórum o novej technológii batériových anódových a katódových materiálov a 2. technológii sodíkových batérií a rozvoji trhu“ sa úspešne konalo v Suzhou 6., 7. a 8. marca 2024. Konferencia bola spolusponzorovaná od China Chemical and Physical Power Supply Industry Association a 18th Institute of China Electronics Technology Group Corporation. Advanced Battery Materials/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD., podporované Inštitútom fyziky Čínskej akadémie vied, Inštitútom materiálovej technológie a inžinierstva Ningbo, Čínskou akadémiou vied, Inštitútom nanotechnológie a nanobioniky v Suzhou, Čínskou akadémiou vied. Zároveň získala MattVerse Limited, Thermo Fisher Scientific, Linde Global R&D Center, Watson-Marlow, CITIC Metal/Brazil Mining and Metallurgy, BYK, Evonik Specialty Chemicals, Group14, Cigna Pioneer, Zhongke Zhiliang, Wisteria Group, Zaichi Technológia, Boselis a ďalší spoluorganizátori silnej podpory. Na túto konferenciu bolo pozvaných 300 podnikov z domáceho a zahraničného automobilového priemyslu, 3C elektroniky, elektrického náradia, superkondenzátorov, sodíkovo-iónových batérií, výkonových batérií, lítium-iónových batérií a súvisiacich batériových materiálov (kladné, záporné, membránové, elektrolytické, vodivé látky, aditíva ) a ďalších súvisiacich podnikov s pokročilým podporným vybavením, konferencia usporiadala celkovo 14 kapitol témy, 80 tematických správ.

Z pohľadu dodávok v priebehu rokov, pred rokom 2022, sú dodávky a priepustnosť kremíkových negatívnych elektród relatívne nízke, ale s rozvojom technológie sa dodávky a priepustnosť kremíkových negatívnych elektród v roku 2023 do určitej miery zlepšili. vývoj 46 valcov, vrátane spotrebnej elektroniky, sa očakáva, že v nasledujúcich 2-3 rokoch exploduje kremíková negatívna elektróda.

Kremíkové anódové materiály sa začali skúmať a vyvíjať v 90-tych rokoch minulého storočia, vývoj dnešného kremíkového kyslíka, industrializácia kremíkových uhlíkových materiálov, najdôležitejším jadrom je konštrukčný dizajn a povrchová úprava. Akademická komunita robí hlavne štrukturálny dizajn, vrátane kremíkových nanodrôtov, dutých štruktúr, štruktúr vaječného žĺtka a tak ďalej. Priemysel má robiť hlavne kompozitné štruktúry, vrátane pieskovaného kremíkového uhlíka, kremíkového kyslíka vrátane predlítneho kremíkového kyslíka, nových kremíkových uhlíkových materiálov, hlavne na vyriešenie problémov, ktorým čelia negatívne elektródové materiály v aplikácii. Najzásadnejším problémom pri aplikácii anódových materiálov na báze kremíka je objemová expanzia. Zo strany materiálu je jeden kompozitný, druhý je nano, kompozit je vyrobený hlavne zo zliatiny kremíka, materiálu oxidu kremičitého, rozptýlením kremíka v kovovej alebo oxidovej matrici na uľahčenie expanzie, ale tieto materiály majú rôzne problémy. najnovšia generácia kremíkového materiálu je nový typ kremíkového uhlíka. Ide najmä o využitie technológie CVD na spojenie nano a kompozitu na výrobu kremíkových uhlíkových materiálov. Samozrejme, koniec bunky tiež urobí zodpovedajúci návrh, vrátane návrhu štruktúry bunky, chemického systému, optimalizácie vzorca.

Zavádza sa stav výskumu a vývoja kremíkových materiálov. V priebehu rokov výskum a vývoj kremíkovej anódy dosiahol štyri generácie materiálov. Prvá generácia kremíkového uhlíka, vrátane konvenčného kremíkového kyslíka, sa používa hlavne v malých energetických poliach kvôli svojej cenovej výhode. Oxid kremičitý, kvôli nedostatku prirodzeného prvého účinku, musí byť pre-lítium, predmagnéziové zlepšenie. Tretia generácia pre-lítneho oxidu kremičitého bola tlačená do masovej výroby, čím sa vyriešil problém prvého účinku, ale najväčším problémom je, že náklady sú nekontrolovateľné a nerieši problém rozšírenia. Na základe budúceho vývoja, naparený kremíkový uhlík, rýchlosť expanzie je malá, teoretické náklady sú nižšie, takže súčasné úsilie v oblasti výskumu a vývoja sa zvyšuje. Táto správa sa zameriava hlavne na predlítium-kremíkový kyslík a kremíkový uhlík uložený v plynnej fáze, aby sa vytvorila zodpovedajúca správa.
Prečo nás v prvom rade zaujíma {{0}}.8 voltov? Ak vezmeme ako príklad ternárnu kladnú elektródu so 600mAh/g silikónového záporného materiálu, aj keď je napätie v trojelektrickom nivelačnom systéme nastavené na 2,5 voltu, záporná elektróda môže hrať maximálne do 0,8 voltu . Preto sú pre návrh článkov dôležitejšie kremíkové záporné 0,8 voltové údaje.
Ako urobiť pre-lítium oxid kremičitý? S nárastom obsahu prelítia sa nevyhnutne vytvoria rôzne silikátové fázy a keď ďalšie prelítium vytvorí fázu 414, z fázového diagramu možno zistiť, že nevyhnutne dôjde k tvorbe zliatiny lítia a kremíka, čo ovplyvní skladovanie a stabilitu materiálu a neprispieva k spracovaniu. A dá sa expanzia zlepšiť po pre-lítium silici? Z teoretického výpočtu možno zistiť, že v skutočnosti sa objemová expanzia predlítneho kremíkového kyslíka so zvýšením obsahu lítia výrazne nemení. Naopak, problém zvyškových alkálií spôsobený samotným pre-lítnym oxidom kremičitým ovplyvní lepiace vlastnosti spojiva, ale zhorší rozťažnosť tohto kusu.

Ako vyrobiť pre-lítium-silikónový materiál? Myslím si, že kľúčovým faktorom je kontrola fázy kremičitanu lítneho, v prvom rade zníženie fázy chudobnej na lítium, pretože bude jesť kladnú elektródu z iónu lítia, po druhé, aby sa zabránilo tvorbe fázy bohatej na lítium, pretože to ovplyvní spracovateľský výkon, takže si myslíme, že pre-lítny oxid kremičitý je hlavne 213 fáza.
Druhým je kontrola jeho veľkosti kryštálov kremíka, snažíme sa, aby veľkosť kryštálov kremíka bola čo najmenšia, menej ako 5 nanometrov, dokonca aj do amorfného stavu, aby ste mohli znížiť akumuláciu stresu a v konečnom dôsledku zlepšiť cyklus lítia.
Tretím je kontrola zvyškovej alkálie na povrchu, ak je zvyšková alkália príliš vysoká, bude reagovať so spojivom, aby sa znížila jeho väzobná účinnosť, a potom ovplyvní jeho cirkuláciu. Ak sa povrchová zvyšková alkália jednoducho zníži bez povlaku, problém s produkciou plynu sa stále nedá vyriešiť. Preto musíme urobiť zodpovedajúce úpravy aj na samotnom materiáli pre ďalšie zlepšenie spracovania, ako sú bežne používané rýchle iónové vodiče alebo uhlíkové opláštenie. Podľa toho však musíme optimalizovať aj pevnosť povlaku, pretože pri použití dvojzávitovkovej kaše môže dochádzať ku kolíziám medzi časticami alebo medzi časticami a zariadením, čo môže viesť k deštrukcii povrchu častíc materiálu a prípadne produkčný plyn bude produkovaný počas procesu skladovania kalu.