Lityum iyon pillerde silikon bazlı negatif elektrot malzemelerinin uygulanması
Yeni enerji araçlarının, enerji depolama ve diğer pazarların hızla gelişmesiyle birlikte, lityum pillerin ve negatif elektrot malzemelerinin pazar büyüklüğü ve teknik seviyesi iyileşmeye devam ediyor. Şu anda, ticari grafit negatif elektrot malzemelerinin özgül kapasitesi, grafit malzemelerin teorik özgül kapasitesine yakın ve silikon bazlı negatif elektrot malzemelerinin ticari uygulaması daha da hızlandırıldı.
Silikon bazlı negatif elektrot malzemeleri, son derece yüksek teorik özgül kapasiteleri nedeniyle lityum iyon pil negatif elektrot malzemeleri araştırmalarında önemli bir nokta haline geldi. Silikon negatif elektrot malzemelerinin teorik özgül kapasitesi, ticari grafit negatif elektrot malzemelerinden çok daha yüksektir ve çalışma voltajı orta düzeydedir, bu da silikon bazlı negatif elektrot malzemelerinin pil enerji yoğunluğunu iyileştirmede önemli avantajlara sahip olmasını sağlar. Ancak, şarj ve deşarj sırasında silikonun hacim genişlemesi ve büzülmesi çok büyüktür, bu da malzeme çatlamasına ve parçalanmasına ve ayrıca SEI filminin sürekli kalınlaşmasına neden olur ve bu da pilin döngü kararlılığını ve hız performansını ciddi şekilde etkiler.
Lityum iyon pil uygulamalarında silikon bazlı negatif elektrot malzemelerinin kusurlarını çözmek için araştırmacılar nanoteknoloji, kompozit malzeme teknolojisi, yapısal tasarım, yüzey modifikasyonu, elektrolit optimizasyonu, ön lityumlama, gözenekli silikon ve alaşımlı silikon vb. dahil olmak üzere çeşitli teknik yollar önerdiler.
Bu teknik yollar, laboratuvar araştırmasından endüstriyel uygulamaya kadar tüm aşamaları kapsar, nano boyutlandırma ve kompozit malzeme teknolojisi ile hacim genişlemesi sorununu hafifletir, yapısal tasarım ve yüzey modifikasyonu ile iletkenliği ve kararlılığı iyileştirir ve elektrolit sistemini optimize ederek pilin genel performansını artırır. Ön lityumlama teknolojisi, başlangıçtaki kulomb verimliliğini artırabilir, gözenekli silikon yapısı hacim değişikliklerini hafifletmeye yardımcı olur ve alaşımlı silikon daha yüksek kapasite ve kararlılık sağlayabilir. Bu teknik yolların kapsamlı bir şekilde uygulanmasının, yüksek performanslı, uzun ömürlü ve düşük maliyetli silikon bazlı negatif elektrot malzemeleri elde etmesi ve pratik uygulamalarda yaygın popülerliklerini artırması beklenmektedir.
Şu anda, silikon-karbon malzemeler ve silikon-oksijen malzemeler, silikon bazlı negatif elektrotlar için iki ana teknik yoldur.
Bunlar arasında, silikon-karbon negatif elektrot malzemeleri yüksek birinci kulombik verimlilikleriyle bilinir, ancak çevrim ömürlerinin iyileştirilmesi gerekir. Silikon malzemelerin nano boyutlandırılması gerçekleştirilerek, şarj ve deşarj işlemi sırasında oluşan genleşme ve kırılma sorunları azaltılabilir ve böylece çevrim ömürleri daha da artırılabilir. Nispeten konuşursak, silikon-oksijen negatif elektrot malzemelerinin ana avantajı, birinci verimlilik düşük olmasına rağmen mükemmel çevrim kararlılıklarıdır. Ancak, ön lityumlama gibi teknik araçlar benimsenerek, birinci verimlilikleri etkili bir şekilde iyileştirilebilir.
Ticari uygulamalar açısından, şu anda, silikon bazlı negatif elektrot malzemelerinin ana ticari uygulamaları arasında karbon kaplamalı silikon oksit, nano silikon karbon, silikon nanoteller ve amorf silikon alaşımları yer almaktadır. Bunlar arasında, karbon kaplamalı silikon oksit ve nano silikon karbon en yüksek ticarileşme derecesine sahiptir ve genellikle %5-%10 oranında grafit ile karıştırılırlar. Son yıllarda, silikon bazlı negatif elektrot malzemeleri giderek endüstriyel hale geliyor.
Katı hal piller alanında, yüksek teorik enerji yoğunluğu, mükemmel hızlı şarj ve deşarj performansı ve mükemmel güvenlik performansı nedeniyle, silikon esaslı negatif elektrot malzemeleri katı hal pil negatif elektrot malzemelerinin temel geliştirme yönlerinden biri olarak kabul edilir.