一文了解纳米级硅负极材料
硅负极材料衰退机理简介
硅负极材料衰退机理简介（1）目前, 锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主, 它导电性能好, 具有良好的层状结构,适合于锂离子的嵌入和脱出, 为良好的电压平台, 充放电效率在90% 以上.但石墨化碳负极材料最大的不足就是电池容量不高(372 mAh/g) , 无法满足人们对锂离子电池比容量逐步增长的需求。
因此, 寻找具有更高理论比容量的锂离子电池负极材料势在必行.硅 (Si) 在替代石墨用作锂离子电池负极材料是非常有潜力的, 而且地球储量丰富(占地球表层的 25.8%).在已知的锂离子电池负极材料中, 硅具有最高的理论比容量(4200 mAh/g) , 要比石墨负极材料的理论比容量大 10倍. 因此, 将硅作为锂离子电池负极材料是一个重要研究方向, 并将其制备成纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米管、氧化物及合金材料, 大大改善了锂离子电池的循环性能.但是, Si 作为负极材料在使用过程中由于锂离子的嵌入和脱出, 会产生非常大的体积变形, 约 300%∼ 400%，这直接造成了锂离子电池电化学性能的衰退, 严重制约了高容量硅负极材料在锂离子电池中的应用. 因此,高性能锂离子电池面临的挑战并不是一个单纯的化学问题(容量、效率等), 还是一个重要的力学问题(粉化、剥落等)。
硅基材料在脱嵌锂过程中存在体积膨胀和收缩是固有事实, 无法抑制其体积变化, 只能通过硅基材料的纳米化、薄膜化、硅碳复合化及合金化来改善硅颗粒的粉化及破裂程度. 然而，首次循环过程中的应力破坏将造成不可逆容量损失。
电极材料首次充放电后就会发生力学破坏失效, 这直接造成了电化学性能的退化. 因此, 对其充放电过程中的力学性能研究是非常必要的. Sethuraman 等对 Si 负极材料的电化学循环性能进行了研究, 采用的电流密度为 25 µA/cm2(C/4倍率), 为了保证锂离子在负极材料中均匀扩散,控制充放电电压为10 mV . 基于MOSS 技术及 Stony 公式 , 可以得到 Si 薄膜材料充放电过程中平均应力随容量的变化关系, 如图-3所示. 在充电的开始阶段, 平均应力随容量的增加, 其平均压应力也随之增加,当容量达到 325 mAh/g 时, 其压应力达到大约1.7 GPa. 随着充电过程的继续进行, 材料由于体积的继续变形, 发生塑性流动, 当容量达到1 875 mAh/g 时, 其压应力降低到大约 1 GPa.当电池放电时, Si 材料开始脱锂过程, 其初始阶段发生弹性变形, 其应力状态从压应力快速转变为拉应力. 当拉应力达到 1 GPa 左右时, 材料发生塑性流动, 最终拉应力可达大约 1.75 GPa.图-3 硅薄膜材料平均应力随容量的变化关系为了从微观世界了解 Si 负极材料充放电过程中力学性能的变化, 科学家应用第一性原理计算的方法对电极材料的结构与性能进行预测和优化. 在锂离子电池的研究中,第一性原理计算在平均嵌锂电压、嵌入 --脱嵌机理、预测电极材料的电子结构和性质以及晶格畸变等方面都取得了成功 . 例如, Shenoy 等(2010)无定形和晶体 Li–Si 合金材料的弹性模量, 得到了弹性模量随锂化程度的变化规律. Zhao 等通过第一性原理计算发现, 碳纳米管拥有非常高的嵌锂容量, 这主要归功于纳米管中碳的密度比较低.第一性原理计算在 Si 负极材料力学性能的演变等方面也取得了一些重要的结果 . Zhao 等基于第一性原理计算, 研究了 Si 负极材料充放电过程中的微观结构变化, 并探究了锂离子扩散诱导塑性变形的物理机制. 对于单轴拉伸的数值模拟计算, 其应力--应变响应如图-4 所示.图-4 应力-应变关系从图中可以清楚地看出, 随着锂化的进行, Si 材料的强度逐渐降低, 而且材料的性质由脆性转变为韧性. 对于纯Si 材料, 其加载曲线和卸载曲线完全重合, 证明其为弹性材料; 当锂离子浓度 f = 0.125 时, 材料发生了永久性变形ε = 1.21%; 随着锂离子浓度进一步增加, 其塑性变形的程度也随着增加.图 -5 展示了杨氏模量随锂离子浓度的变化关系.图 5显然, 随着锂离子浓度的增加, 杨氏模量从大约 100 GPa 逐渐降低到了大约40 GPa.近几年, 有限元数值模拟被用来研究锂离子电池充放电过程中的扩散及电化学退化机理. Si 负极材料由于在充放电过程中的变形非常大, 科学家也通过有限元数值模拟计算预测和分析 Si 负极材料的失效机理 . Haftbaradaran 和Gao (2012) 基于断裂力学的理论分析和 ABAQUS 数值模拟计算, 设计了 Si 岛负极材料. 他们发现, 当 Si 岛的尺寸小于临界尺寸时, 10 个循环后材料都不会发生变形; 而大于该临界尺寸时, 10 个循环后材料发生了明显的塑性变形。
制备纳米硅碳负极材料的一般工艺流程图
制备纳米硅碳负极材料的一般工艺流程图下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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硅基负极材料标准-概述说明以及解释
硅基负极材料标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在文章《硅基负极材料标准》中，我们将探讨硅基负极材料在电池领域的重要性和应用，以及其在制备方法和质量标准方面的挑战。
硅基负极材料作为一种新型材料，具有高容量和高能量密度的优势，被广泛应用于锂离子电池等电力储存设备中。
本文将首先介绍硅基负极材料的特点，包括其优势和劣势，以及与传统负极材料的比较。
接着，我们将探讨硅基负极材料在电池、能源存储和电动车等领域的应用情况，以及其在提高电池性能和延长使用寿命方面的潜力。
此外，我们还将讨论硅基负极材料的制备方法，包括化学合成、物理合成和结构调控等方面的技术和进展。
最后，我们将探讨硅基负极材料的标准化问题，并分析其对行业发展和未来发展方向的影响。
通过本文的研究和总结，可以更好地了解和认识硅基负极材料的重要性和发展趋势，为推动其在电池领域的广泛应用和推广提供参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构部分应包括介绍整篇文章的组织结构和内容安排，让读者对整个文章有一个清晰的概念。
在这里，可以简要说明文章包括哪些内容和各个部分之间的关联，帮助读者更好地理解文章的主题和逻辑结构。
在文章结构部分可以写成这样：文章结构部分介绍了整篇文章的组织结构和内容安排。
首先，该文章引入硅基负极材料标准的重要性和对行业发展的影响，接着分为引言、正文和结论三大部分。
在引言部分，会对硅基负极材料的概述、文章结构以及目的进行介绍；在正文部分，将详细阐述硅基负极材料的特点、应用领域和制备方法；最后在结论部分，对硅基负极材料标准的重要性进行总结，分析其对行业发展的影响，同时展望未来硅基负极材料标准的发展趋势。
通过以上结构，读者能够更好地理解文章内容，把握文章主题和逻辑发展。
1.3 目的本文旨在探讨硅基负极材料标准的重要性和必要性。
通过对硅基负极材料的特点、应用领域和制备方法进行深入研究分析，我们可以更好地了解硅基负极材料在电池领域的作用和价值。
同时，制定和遵守相关的硅基负极材料标准可以提高生产效率，确保产品质量，促进行业发展和技术进步。
【精品文章】一文认识锂电池用硅-碳复合负极材料
一文认识锂电池用硅/碳复合负极材料
锂离子电池负极材料储锂容量是制约锂离子电池应用范围的关键因素，目前，硅/碳复合材料作为一类应用潜力巨大的负极材料，成为研究的热点。
不同制备方法以及复合结构会对复合材料的电化学性能产生影响，因此，开发具有强附着性、紧密电接触、耐用的新型硅/碳复合材料，对促进硅/碳复合材料实际应用具有重要意义。
下面小编介绍硅/碳复合负极材料制备方法及其结构性能。
一、硅/碳复合负极材料概述
碳与硅相近似的化学性质，为两者的紧密结合提供了理论依据，所以碳常用作与硅复合的首选基质。
硅通常与石墨、石墨烯、无定型碳和碳纳米管等不同的碳基质制备复合材料。
在硅碳复合的体系各组分作用为：
（1）硅：主要作为活性物质，提供容量；
（2）碳材料：一般作为分散基质，限制硅颗粒的体积变化，并作为导电网络维持电极内部良好的电接触。
多孔纳米硅碳复合材料用于锂电池负极材料示意图
理论上，硅/碳复合材料储锂容量高，导电性能好，但要成为可商用的锂离子电池负极材料，面临着两个基本的挑战：循环稳定性差和可逆循环容量保持率低。
二、硅/碳复合负极材料制备方法
目前，硅/碳复合负极材料制备方法主要有：化学气相沉积法、溶胶凝胶法、高温热解法、机械球磨法和水热合成法。
1、化学气相沉积法（CVD）。
纳米硅粉
释义纳米硅指的是直径小于5纳米（10亿（1G）分之一米）的晶体硅颗粒。
纳米硅粉具有纯度高，粒径小，分布均匀等特点。
比表面积大，高表面活性，松装密度低，该产品具有无毒，无味，活性好。
纳米硅粉是新一代光电半导体材料，具有较宽的间隙能半导体，也是高功率光源材料。
由硅材料国家重点实验室苏州研制中心研发并且量产的纳米硅颗粒，具有纯度高、分散性能好、粒径小、分布均匀，比表面积大、高表面活性，松装密度低，活性好，工业化产量大等特点。
纳米硅-Si-001可以与石墨、碳纳米管等复合，制成锂离子电池的负极材料，可以提高锂离子电池的容量及循环次数，延长使用寿命。
是新一代光电半导体材料，具有较宽的间隙能。
物性参数应用1、用纳米硅粉做成纳米硅线用在充电锂电池负极材料里，或者在纳米硅粉表面包覆石墨用做充电锂电池负极材料，提高了充电锂电池3倍以上的电容量和充放电循环次数；2、纳米硅粉用在耐高温涂层和耐火材料里；3、纳米硅可以应用到涂料中，形成硅纳米薄膜，被大量应用到太阳能上面；4、纳米硅粉与金刚石高压下混合形成碳化硅---金刚石复合材料，用做切削刀具。
5、替代纳米碳粉或石墨，作为锂电池负极材料，大幅度提高锂电池容量下一代电池:硅阳极电池美国佐治亚理工学院Gleb Yushin副教授利用高温管式炉对碳黑纳米颗粒进行退火处理，得到枝状结构，再通过化学气相沉积制备出粒径小于30 nm的硅纳米球，并附着在碳枝状结构上。
用石墨碳作为导电粘合剂，将硅碳复合物自组装成带有外部开口、内部互连孔道结构的直径在10-30 μm 的小球（见附图），即可用作电池阳极材料。
硅碳复合物小球的孔道既可以允许锂离子快速进入从而提高充电速度，也可以为硅的膨胀和收缩提供空间而不致使阳极破裂。
碳枝状结构以及硅纳米球的大小决定了复合物中孔道的尺寸。
改变反应时长及压力，可调整硅球的尺寸。
在小型纽扣电池上的测试显示，该新阳极的容量是石墨阳极理论容量的五倍多。
通过自下而上的自组装方法，克服了硅基电池阳极的不足，而且这种操作简便、成本低廉的工艺易于规模放大，并与现有电池制造工艺兼容。
固态电池负极材料
固态电池负极材料固态电池是一种新型的能源储存设备，由于其具有高能量密度、长寿命、高安全性等优点，在能源领域具有巨大的应用潜力。
正负极是固态电池的核心组成部分，其中负极材料的选择对固态电池的性能有着重要影响。
负极材料在固态电池中起着存储和释放离子的重要作用。
传统液态电池中常用的负极材料为石墨，然而在固态电池中，由于固态电解质的存在，需要选择合适的负极材料以实现离子的高效传输和嵌入/脱嵌。
固态电池负极材料的要求包括良好的电导率、高的可逆嵌锂容量、较低的价格以及良好的循环性能和稳定性。
目前，研究人员已经提出了多种潜在的固态电池负极材料，并取得了一些突破性的进展。
以下将介绍几种常见的固态电池负极材料。
一、硅基负极材料硅具有较高的嵌锂容量，是一种理想的固态电池负极材料。
然而，硅材料在充放电过程中容易发生体积膨胀，导致电极失稳并影响循环性能。
因此，研究人员提出了多种方法来解决硅材料的体积膨胀问题，例如利用纳米结构改善材料的机械性能、引入复合材料等。
这些方法在一定程度上提高了硅材料的嵌锂容量和稳定性，但仍然存在一些挑战需要克服。
二、锂金属负极材料锂金属具有非常高的嵌锂容量，是一种理想的固态电池负极材料。
然而，由于锂在充放电过程中易发生表面反应和枝晶生长等问题，使得锂金属电极的循环性能和安全性较差。
为了解决这些问题，研究人员开展了诸如锂金属表面涂覆、锂电解质界面调控等工作。
这些方法有望提高锂金属电极的稳定性和嵌锂容量，并实现固态电池的商业化应用。
三、石墨负极材料石墨是一种常见的负极材料，具有较高的电导率和稳定性。
然而，由于固态电解质对离子传输的限制，石墨负极材料的嵌锂容量较低。
为了提高石墨负极材料的嵌锂容量，研究人员提出了一些改进的方法，如结构设计、表面修饰、导电添加剂等。
这些方法能够改善石墨负极材料的嵌锂性能，为固态电池的应用提供更多可能性。
综上所述，固态电池负极材料的研究与开发是实现固态电池商业化应用的重要一环。
纳米硅碳负极材料的粒度标准
纳米硅碳负极材料的粒度标准
纳米硅碳负极材料的粒度标准因应用领域和产品类型
而异。
一般来说，纳米硅碳负极材料的粒度范围在50-500nm 之间，但具体数值需要根据产品的应用场景和性能要求进行选择和调整。
在锂离子电池领域，纳米硅碳负极材料需要与正极材料相匹配，因此需要控制粒度大小和分布，以获得更好的电化学性能。
一般来说，较小的粒度能够提高材料的比表面积和反应活性，但过小的粒度可能导致材料粉化、易团聚等问题。
因此，纳米硅碳负极材料的粒度需要在保证电化学性能的同时，兼顾生产工艺和稳定性要求。
此外，不同类型和用途的纳米硅碳负极材料也有不同的粒度标准。
例如，一些硅碳复合材料需要将硅纳米颗粒分散在碳基质中，因此需要控制硅颗粒的大小和分布；而一些氧化亚硅碳复合材料则需要控制氧化亚硅纳米颗粒的大小和
分布。
总之，纳米硅碳负极材料的粒度标准需要根据具体的应用场景和性能要求进行选择和调整，以保证材料的性能和稳定性。
硅纳米负极材料概念股
硅纳米负极材料概念股硅纳米负极材料是一种具有广泛应用前景的新材料，它能有效提高锂离子电池的续航能力和安全性。
随着科技的不断进步和市场需求的日益增长，硅纳米负极材料产业迎来了快速发展期。
在此背景下，投资者对硅纳米负极材料概念股的关注度也逐渐提高。
本文将为您介绍几家涉及硅纳米负极材料研发和生产的上市公司。
1.深圳贝特瑞：作为全球领先的锂离子电池负极材料供应商，深圳贝特瑞在纳米材料领域具有丰富的研发经验和技术实力。
公司致力于锂离子二次电池用的负极材料及纳米材料应用，产品包括硅纳米负极材料。
近年来，贝特瑞在硅纳米负极材料领域取得了显著的成果，相关产品已成功应用于国内外知名企业的锂离子电池产品中。
2.璞泰来：璞泰来主营业务为锂离子电池负极材料、自动化涂布机、涂覆隔膜、铝塑包装膜、纳米氧化铝等关键材料及工艺设备研发、生产和销售。
公司在硅纳米负极材料领域具有较高的技术水平，产品广泛应用于新能源汽车、储能等领域。
近年来，璞泰来的硅纳米负极材料产品市场需求旺盛，为公司带来了稳定的业绩增长。
3. 中国宝安：中国宝安旗下拥有深圳贝特瑞，后者是全球锂离子电池负极材料领域的领军企业。
在硅纳米负极材料领域，中国宝安具有强大的研发实力和市场竞争力。
公司积极响应国家对新能源产业的政策支持，加大硅纳米负极材料研发投入，有望在未来的市场竞争中占据有利地位。
4.西部材料：西部材料主要从事稀有金属材料、复合材料、纳米材料等新材料的研发、生产和销售。
公司在硅纳米负极材料领域具有较强的技术实力，产品已应用于锂离子电池、新能源汽车等行业。
随着市场需求的增长，西部材料在硅纳米负极材料领域的业务有望进一步拓展。
5.楚江新材：楚江新材是一家专注于新材料领域的上市公司，涉及硅纳米负极材料、碳纳米管、锂离子电池等领域。
公司积极布局硅纳米负极材料研发和生产，产品已进入国内外市场。
未来，随着新能源产业的快速发展，楚江新材在硅纳米负极材料领域的市场份额有望持续提升。
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立志当早，存高远
一文了解纳米级硅负极材料
随着新能源汽车在实际应用中对续航里程要求的不断提高，动力电池相关
材料也向着提供更高能量密度的方向发展。
负极材料是锂离子电池的重要组成
部分，它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。
目前市场上锂电池使用的多为石墨负极材料，从石墨的比容量和压实密度
看，负极材料的能量密度很难再得到提高。
此外，石墨片还存在易发生剥离、
循环性能不理想等问题。
传统锂离子电池的石墨负极已经无法满足现有需求，高能量密度负极材料成
为企业追逐的新热点。
硅基负极材料由于丰富的储量和超高的理论比容量正逐
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。
石墨类负极材料VS 硅负极材料
石墨类碳材料的锂离子电池其理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离
子电池比能量的进一步提高，不能满足日益发展的高能量便携式移动电源的需求。
并且碳材料存在充放电容量低，高倍率充放电性能差，在电解质中稳定性
较差等问题。
与石墨负极材料相比，硅负极材料的能量密度优势明显。
石墨的理论能量密
度是372 mAh/g，而硅负极的理论能量密度超其10 倍，高达4200mAh/g。
但是，硅基材料也存在较为明显的缺点，主要有以下两方面：一是充放电过程中
会引起硅体积膨胀;二是硅是半导体材料，导电性较石墨差很多。
纳米级硅负极材料
为改善硅基负极材料的循环性能，提高材料在循环过程中的结构稳定性，通
常将硅材料纳米化。
用于锂离子电池的纳米级硅负极材料主要分为四类：纳米。