Préparation d'un matériau composite silicium-carbone pour le matériau d'anode de batterie ionique

Préparation d'un matériau composite silicium-carbone pour le matériau d'anode de batterie ionique

Les batteries au lithium-ion (LIB) sont de plus en plus utilisées dans les dispositifs de stockage de grande capacité tels que les véhicules électriques et les dispositifs de stockage d'énergie (ESS) et les appareils mobiles en raison de leurs caractéristiques de durée de vie stables et de leur haute efficacité.

Les stratégies suivantes peuvent être utilisées pour faire progresser la densité d'énergie du LIB (Wh = kg): 1) modifier les données d'électrode 2) améliorer la technologie de revêtement 3) améliorer le remplissage des données dans l'anode et la cathode, 4) faire progresser l'absorption du lithium taux de la cathode. Cependant, les méthodes 2 à 4 se limitent généralement à l'optimisation de l'espace interne et à la planification, et par conséquent, des recherches sur la composition de nouveaux matériaux d'électrode sont activement menées.

Actuellement, la source la plus représentative de cathodes utilisées dans le LIBS est le graphite. En raison de l'orientation uniaxiale de la couche de graphène, elle présente un comportement de charge-décharge hautement réversible et a donc une longue durée de vie.

De plus, lorsque le graphite est complètement chargé, c'est-à-dire lorsque des ions lithium sont présents entre les couches, le potentiel de l'électrode est de 0 V vs Li = Li +. Cela indique que le graphite peut présenter un potentiel similaire à celui du métal Li pur. Par conséquent, une énergie plus élevée peut être obtenue en assemblant une batterie avec une cathode en graphite et une anode à base d'oxyde.

Cependant, compte tenu de la demande de batteries de grande capacité à cette époque, la faible capacité théorique du graphite (372mAh = g, 837mAh = cm3) est un obstacle majeur à l'utilisation continue du graphite comme matériau d'anode. Par conséquent, afin de développer des batteries secondaires au lithium à haute capacité et hautes performances, il est important de développer des matériaux d'anode sans carbone.

Parmi ces matériaux non carbonés, le Si est le plus approprié car il a une capacité de décharge élevée de 4200 mAh = g et un potentiel de réponse au lithium de 0,4 V (vsLi = Li +). Cependant, Si a rencontré un problème clé, c'est-à-dire que le volume change fortement pendant le processus de charge et de décharge, entraînant une mauvaise réversibilité et une décroissance sensible de la capacité.

De nombreuses approches ont été proposées pour réduire l'expansion volumique, telles que la réponse à l'échelle nanométrique des particules métalliques au lithium, la composition d'alliages hétérogènes qui réagissent avec le lithium, et actif = complexes métalliques inactifs et alliage de lithium = composition de carbone. 11-15)

Dans cet atelier, nous tentons de traiter le problème de l'expansion en masse du silicium en composant des données composites silicium-noir de carbone (Si-CB). La structure CB est formée par l'agrégation de particules primaires dans différentes directions pour former un réseau de directions et d'espaces différents formés dans l'agrégat CB en raison d'une croissance aléatoire. 16-19)

Par conséquent, dans le cas d'une expansion de volume, ces espaces seront utilisés comme tampon pour contenir du silicium