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硅氧负极电池竟然是小米全球首发?一起来了解这种极具应用前景的负极材料
发布时间: 2021-05-08 11:03 | 【 【打印】【关闭】

 

  3月29日消息,小米春季新品发布会上全球首发超级快充硅氧负极电池,新材料带来更快充电、更高电池密度,电量达5000mAh。小米方面表示,小米率先将新能源汽车电池技术应用于手机,兼顾快充、手感以及大电量。

图片来源于网络

  据科研人员介绍,目前锂离子电池中广泛使用的是石墨负极材料,容量发挥已接近其理论比容量(372mA·h/g),因此迫切需要开发出具有更高比容量的负极材料。

  硅负极具有很高的理论比容量(4200mA·h/g)和较低的电化学嵌锂电位(约0.4 V vs.Li/Li+),是公认的下一代锂离子电池负极材料。然而,硅负极巨大的体积效应(约300%)以及由此引发的电极粉化和不稳定的SEI阻碍了其商业化进程。

  目前硅负极的实用化主要有三种策略,即碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳和无定形硅合金。其中,氧化亚硅(SiOx,0<x<2)是一种极具有应用前景的硅基负极材料,其具有更小的体积膨胀和更好的循环稳定性,然而较低的首次库仑效率是制约其应用的最大挑战。

  SiOx的结构目前还存在一定的争议,不过大多数报道认为它是一种硅纳米粒子(2~5nm)弥散分布在无定形二氧化硅之中的结构。SiOx的电化学性能主要受氧含量x调控,x越大,比容量越低,但循环性能更好。

  规模化生产的SiOx受热力学平衡的限制,x一般为1,其嵌锂的一种可能形式为:4SiO+17.2Li→3Li4.4Si+Li4.4SiO4,按此方程式计算其首次充放电比容量分别为2615和2007mA·h/g,首效为76.7%,SiO首次嵌锂产生的不可逆硅酸锂相虽然导致了较低的首效,但是却有助于缓冲材料的体积变化,提升循环稳定性。

  在SiO体系中可以应用纳米化和碳包覆两种策略。首先,碳包覆含量越高,SiO单体容量越低(归因于SiO含量的降低),但是首效和循环性能均有所提升。然而,在SiO与石墨的复合体(容量均约为600mA·h/g)中,发现当碳包覆含量为15%时,其具有最优的循环性能和库仑效率,这归因于其最小的极化和阻抗。在验证SiO的尺寸效应时,小粒径样品在扣电和全电中均具有最好的循环性能和库仑效率,以及最小的阻抗。

  目前纳米硅基负极材料的应用尚处于起步阶段,正不断拓展至消费电子、电动工具、动力电池领域。我国在该材料领域已经具有众多核心专利,纳米硅负极在国内及国际上的蓬勃发展未来可期。

  其中,动力型电池将占据今后锂离子电池的主要市场份额,高安全性和高能量密度是其追求的显著特点,兼顾高能量密度同时控制电池的体积膨胀是技术上的难题,需要设计低体积膨胀但高面容量的负极。将金属锂与包括纳米硅材料等载体的复合可能是更为理想的解决方案,但负极含金属锂需要固态电解质取得突破,这方面需要更长时间的基础研究和开发。

  文章来源:中国粉体网、新材料网

  文章链接:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=591574

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