科创中国
硅基负极材料合金化关键技术研究与应用开发
发布时间:
2022-09-29
截止日期:2022-10-31
价格 15万
地区： 北京市 市辖区 朝阳区
需求方： 中国**学会
行业领域
新材料技术,高技术服务业,新能源及节能技术
需求背景
随着我国新能源产业的蓬勃发展，锂离子电池已成为人们生活的重要组成部分, 广泛地应用于各类消费电子产品、电动汽车、新能源储能等领域。锂离子电池的石墨负极材料在应用中只能达到320～360m Ah/g，其实际所达到的比容量已经接近石墨理论比容量，很难再提升。硅基负极材料因理论比容量高(3752m Ah/g)，环境友好以及低廉的成本，正逐渐成为电池企业和锂电材料商改善负极的最优先选择，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。但在实际应用中硅基材料也存在较为明显的缺点，主要有以下两方面：1、在充放电过程中会引起硅体积膨胀100%~300%，巨大的体积效应及较低的电导率将限制硅负极技术的商业化应用。2、硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，进一步降低了其首次库伦效率。因此抑制充放电过程中的体积膨胀效应，成为硅负极研究的关键问题之一。
需解决的主要技术难题
1、需要提升硅基负极材料的电化学性能。
研究硅基材料与锂活性金属，如 Ge、Ca、Mg、Al等的负极材料制备方法及其电化学性能研究，实现电极额外的容量和导电性能的提升。
2、需要解决硅基负极材料的放电过程中的体积膨胀问题
研究硅基材料与非锂活性金属，如 Fe、Co、Ni等的负极材料制备方法及其电化学性能研究，用于提升硅负极的导电性及缓解硅的体积膨胀。
期望实现的主要技术目标
1、Si-Mn合金恒定电流从100增加到2000 mA/g，比容量几乎保持不变。
2、FeCuSi 材料负极进行半电池测试时，初始容量和库仑效率为1287mAh/g和91%。
3、硅基合金化负极材料的产业化制备工艺与应用开发。
需求解析
解析单位：“科创中国”煤炭清洁高效利用产业服务团（中国煤炭学会） 解析时间：2022-10-24
杨清清
中国煤炭学会
副处长
综合评价
随着我国新能源产业的蓬勃发展，锂离子电池已成为人们生活的重要组成部分, 广泛地应用于各类消费电子产品、电动汽车、新能源储能等领域。锂离子电池的石墨负极材料在应用中只能达到320～360m Ah/g，其实际所达到的比容量已经接近石墨理论比容量，很难再提升。硅基负极材料因理论比容量高(3752m Ah/g)，环境友好以及低廉的成本，正逐渐成为电池企业和锂电材料商改善负极的最优先选择，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。但在实际应用中硅基材料也存在较为明显的缺点，主要有以下两方面：1、在充放电过程中会引起硅体积膨胀100%~300%，巨大的体积效应及较低的电导率将限制硅负极技术的商业化应用。2、硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，进一步降低了其首次库伦效率。因此抑制充放电过程中的体积膨胀效应，成为硅负极研究的关键问题之一。
金属元素可以和硅形成合金化合物，这些金属硅化物储锂容量普遍低于单质Si。但是作为锂电池负极材料充放电过程体积变化小，提高的导电性能，有利于合金化合物在脱嵌锂过程中保持负极极片结构稳定
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