研究人员概述锂离子电池硅基负极材料的最新进展和挑战
近年来的研究表明，多种化学改性(粘合剂、复合材料和电解质)可提供优异的稳定性并增强锂离子电池(LIB)硅基阳极的电化学性能。迄今为止，已经尝试了几种不同的硅基阳极材料结构改变的化学相互作用，以增强整个脱锂/锂化过程中的Li + 动力学、结构稳定性和体积发展控制。
尽管取得了重大进展，但硅和硅基电极仍处于起步阶段，距离广泛的实际应用还很远。硅基阳极面临一些困难，包括体积大幅增加、ICE较低和面积容量有限。材料工程、表面/界面工程和粘合剂/电解质优化等方法可用于解决这些缺点。一组研究人员总结了锂离子电池硅基负极材料的长足进展。他们的研究成果于 2023 年 12 月 28 日发表在《工业化学与材料》杂志上。
杨建平表示：“开发低成本且易于制造的锂离子电池硅基负极材料对于解决其体积膨胀大、电导率较低、动力学反应不一致和ICE相对较低的问题至关重要。”中国东华大学教授。“在这篇综述中，我们根据当前策略有效性的重要关注点和挑战，系统地讨论了硅基负极材料的最新发展，介绍了使用粘合剂、复合材料和液体电解质带来的巨大电化学结果，以及显着的预期结果作为解决方案。我们还提供了硅基材料在锂离子电池上的前景，以了解硅基阳极未来的商业化潜力及其主要问题。”
“就粘合剂而言，粘合剂对硅基负极材料的影响微不足道。为了开发新型粘合剂，预计将半电池扩展到全电池锂离子电池，以正确揭示其影响。由于全电池锂离子电池的过量锂离子较少，这可能成为丰富锂离子电池性能的新前景。电流粘合剂的合成工艺复杂，限制了其商业化和进一步的改进。此外，相对于传统粘合剂，新开发的粘合剂的ICE性能和可逆容量都应该很高。此外，新型粘合剂不仅应适用于硅基负极，还应适用于石墨基负极材料。”
“混合复合材料同时用其他材料掺杂硅可能是一种可行的选择，它可以增强导电性，确保足够的结构完整性，提高振实密度和面积容量，最后最稳定SEI的形成。在杂化复合材料制备过程中，可以考虑形貌、颗粒尺寸和涂层来达到合格要求。”
“近年来，硅基负极材料取得了不断的进步，”中国东华大学副教授王力解释道。“与常用的液体电解质相比，电解质在提高硅基阳极的效果方面表现出了巨大的潜力。除了新设计的液体电解质外，固态电解质还应具有适当的物理和电化学性能以及成本、能源、安全不可燃性，它们可能对锂离子电池硅基阳极的研究具有吸引力。现在是在新发现中优先考虑安全措施的时候了。”该评论的第一作者 Gazi Farhan Ishraque Toki 说。
新型硅基负极材料架构策略仍有广阔的发展空间。除了实验之外，还有一些用于理论分析的计算软件，如 COMSOL Multiphysics、ANSYS 仿真等，这可能对 LIB 中有效的硅基阳极有益。利用实验数据，我们可以分析许多优化，以根据实验结果的配置变化获得粘合剂、复合材料和电解质的正确配置。
“在这篇综述中，我们的首要目标是为读者提供该领域恰当、准确的最新研究进展和材料设计策略，”杨建平说。
研究团队包括 来自中国东华大学的Gazi Farhan Ishraque Toki、Waheed Ur Rehman、Rana Zafar Abbas Manj、Li Wang和Jianping Yang;和来自孟加拉国达卡孟加拉国原子能委员会的 M. Khalid Hossain。
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