科创中国
硅基负极材料纳米化关键技术研究与应用产业化
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。
纳米材料表面的原子具有高的平均结合能，它们可以在体积膨胀的过程中更好地释放应力，有效地避免结构的坍塌。目前，研究较多的纳米硅负极材料有硅纳米颗粒、一维纳米线、二维纳米薄膜和3D硅纳米材料等。研究发现, 硅颗粒其发生粉化与其大小有很强的关联性, 并且存在一个临界尺寸(≈150nm)。20-30nm, 30-50nm, 100nm和1-5μm等四种不同尺寸的硅颗粒, 他们发现纳米化的硅颗粒, 可以有效地提高电化学性能。100nm硅颗粒在***下循环100圈后, 仍然具有1563 mAh/g的比容量;在***的倍率下, 30nm-50nm硅颗粒容量衰减最慢, 容量保持率为***%。
需解决的主要技术难题
1、解决硅基材料纳米化工程化极限尺寸问题。
针对硅基纳米化负极材料关键技术，完成极限尺寸的硅基纳米化负极材料的电化学性能的研究。
2、解决硅基纳米化负极材料制备工艺问题。
研究硅基材料纳米化附件材料的制备方法及其电化学性能，在符合电池材料使用的电化学性能需求，确定材料产业化的制备工艺、方法及路线。
期望实现的主要技术目标
100nm硅颗粒在***下循环100圈后, 仍然具有1563 mAh/g的比容量以上;在***的倍率下, 30nm-50nm硅颗粒容量衰减最慢, 容量保持率为***%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：2022-11-07
黄澎
煤炭科学技术研究院有限公司
博士
综合评价
纳米材料表面的原子具有高的平均结合能，它们可以在体积膨胀的过程中更好地释放应力，有效地避免结构的坍塌。目前，研究较多的纳米硅负极材料有硅纳米颗粒、一维纳米线、二维纳米薄膜和3D硅纳米材料等。研究发现, 硅颗粒其发生粉化与其大小有很强的关联性, 并且存在一个临界尺寸(≈150nm)。20-30nm, 30-50nm, 100nm和1-5μm等四种不同尺寸的硅颗粒, 他们发现纳米化的硅颗粒, 可以有效地提高电化学性能。100nm硅颗粒在0.5C下循环100圈后, 仍然具有1563 mAh/g的比容量;在0.5C的倍率下, 30nm-50nm硅颗粒容量衰减最慢, 容量保持率为89.1%。
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