科创中国
硅基负极材料合金化关键制备工艺技术与装备研究
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，不能满足高容量高性能锂离子电池的需求。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。为改善硅基负极材料存在的问题，硅材料合金化是手段之一。但是硅材料与金属元素的合金工艺难度较大，还不能实现大规模生产。目前金属-硅合金的制备方法主要有热处理和高能球磨等方法。其中，热处理法制备的薄膜比较厚；高能球磨法操作相对简单，但循环过程存在不稳定现象，需要对硅颗粒表面进行进一步包覆。因此，进行硅基负极材料合金化制备工艺方法的研究与提升，是进一步推广应用该材料的前提。
需解决的主要技术难题
1、解决硅基负极材料包覆制备工艺。
研究不同制备工艺方法（高温固相法、共沉淀法、溶胶凝胶法和水热法）对硅基负极材料形貌、结构和电化学性能的的影响，确定产业化工艺方法。
2、研发硅基负极材料包覆制备工艺装备。
研发硅基负极材料包覆制备装备，保障硅/金属合金化负极材料制备工艺稳定性研究。
期望实现的主要技术目标
制备的负极材料容量1020 mAh/g，首次效率达到97%；循环50周后，容量保持率为97.以上。
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，不能满足高容量高性能锂离子电池的需求。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，主要是充放电过程中的体积膨胀效应。这成为硅负极研究的关键问题之一。
目前金属-硅合金的制备方法主要有热处理和高能球磨等方法。其中，热处理法制备的薄膜比较厚；高能球磨法操作相对简单，但循环过程存在不稳定现象，需要对硅颗粒表面进行进一步包覆。因此，进行硅基负极材料合金化制备工艺方法的研究与提升，是进一步推广应用该材料的前提。
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