科创中国
硅基负极材料表面包覆改性制备工艺研究与开发
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，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。硅材料也存在导电性较差，在充放电过程中会发生体积膨胀，导致其可逆性不稳定，容量衰减严重等问题，这限制了它的规模化应用。
在负极材料改性中，常用的方法是表面包覆。表面包覆主要有化学气相沉积、固相包覆和液相包覆3种方法。通过气相、固相或液相炭化沉积在材料表面形成一层无定型碳，构筑出“核壳结构”。在改性材料表面形成壳结构，从而约束和缓冲负极材料活性中心体积膨胀或者结构破坏，达到维持电极材料稳定性的目的。在表面包覆改性中，固相包覆法因其成本低，工艺简单等优势，应用最普遍。目前商业化的石墨负极材料大多采用固相包覆法。为改善硅基负极材料存在的问题，硅材料也可以通过沥青进行包覆，在硅材料表面形成炭涂层，稳定SEI膜并缓冲体积膨胀，以增强循环性能，从而有效地改善电极材料的稳定性。
需解决的主要技术难题
1、解决硅基负极材料石墨固相包覆关键技术问题。
对氧化硅负极材料进行固相包覆制备工艺方法的研究，并对制备的负极材料进行微观结构及电化学性能分析。
期望实现的主要技术目标
备的工作电极在组装成纽扣电池后静置10小时以上，在环境温度25℃下测进行充放电测试，首效为***%，循环50周后容量保持率***%。
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
在负极材料改性中，常用的方法是表面包覆。表面包覆主要有化学气相沉积、固相包覆和液相包覆3种方法。通过气相、固相或液相炭化沉积在材料表面形成一层无定型碳，构筑出“核壳结构”。在改性材料表面形成壳结构，从而约束和缓冲负极材料活性中心体积膨胀或者结构破坏，达到维持电极材料稳定性的目的。在表面包覆改性中，固相包覆法因其成本低，工艺简单等优势，应用最普遍。目前商业化的石墨负极材料大多采用固相包覆法。为改善硅基负极材料存在的问题，硅材料也可以通过沥青进行包覆，在硅材料表面形成炭涂层，稳定SEI膜并缓冲体积膨胀，以增强循环性能，从而有效地改善电极材料的稳定性。
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