La capacité spécifique théorique du Si est aussi élevée que 4200 mAh/g, ce qui est 10 fois supérieur à la capacité spécifique théorique du graphite ; le potentiel d'intercalation du lithium de Si est faible, soit 0,37 mV Li/Li+ ; et Si est le deuxième élément le plus abondant sur la terre, qui n'est pas nocif pour l'environnement. La destruction se produira et le processus de production du nano-silicium est mature et peu coûteux, de sorte que le Si est considéré par les chercheurs comme le principal matériau d'anode pour remplacer le graphite à l'avenir.

Cependant, dans le processus d'intercalation et d'extraction du lithium, le volume de Si se dilate et se contracte, et le taux de changement peut atteindre 400 %. Le changement de contrainte mécanique généré dans ce processus provoque l'effondrement du matériau de l'électrode négative, la structure de l'électrode est instable et le film SEI sur la surface de l'électrode négative est instable et instable. De plus, Si est un semi-conducteur et sa conductivité est faible, et l'expansion et la contraction des nanoparticules de Si les amène également à se détacher progressivement du réseau de transport d'électrons et de particules, réduisant encore leur conductivité. Tout cela limite considérablement les performances électrochimiques du Si. Comment limiter le changement de volume de Si et mieux utiliser l'avantage de capacité de Si est la principale direction de recherche à l'heure actuelle.

Mécanisme de formation du film SEI sur les matériaux d'anode à base de Si

Comme les matériaux d'anode en graphite, les matériaux d'anode à base de Si formeront également un film SEI à l'interface solide-liquide pendant le processus de formation. Cependant, lors de l'intercalation et de l'extraction du lithium, le changement de volume dramatique de Si provoque la rupture du film SEI et de manière continue. généré, entraînant une faible performance du cycle de la batterie et une faible efficacité coulombienne. Par conséquent, la recherche actuelle se concentre sur la façon de limiter le changement de volume de Si par la recombinaison de matériaux, de manière à exercer l'avantage de capacité de Si.

Dans de nombreuses études, la plus impliquée est la composition du carbone de silicium. Dans la production réelle, il existe différentes manières de composer des matériaux en silicium et des matériaux en carbone . Parmi eux, la structure idéale consiste à utiliser des structures composites de carbone et de silicium intégrées pour aider la construction à former un film SEI stable. Par exemple, la structure noyau-enveloppe formée après le revêtement a un certain effet tampon sur l'expansion du Si, ce qui rend le film SEI plus stable, et inhibe également l'agglomération des particules de Si. Ce n'est que si le problème d'expansion volumique de Si est d'abord résolu et que ses caractéristiques de capacité peuvent être bien exercées, que des recherches supplémentaires en tant que matériau d'électrode seront significatives.

Lorsque la capacité de Si en tant que matériau d'électrode négative est bien exercée, l'application de matériaux à base de Si dans la production réelle deviendra une réalité. Du point de vue du processus de production de la batterie, il est étudié que les propriétés du film SEI formé sont affectées en contrôlant les paramètres du processus de formation, puis améliorent la Seule la performance de la batterie est d'une importance pratique.

Des demi-cellules ont été fabriquées en laboratoire, en utilisant l'AFM combiné avec des méthodes de caractérisation conventionnelles et des méthodes de test de performance de batterie lithium-ion pour explorer une plage de paramètres à variable unique idéale pour la formation de film SEI sous la condition de changer le courant de formation, la température de formation et tension de coupure seule ; Ensuite, deux variables différentes sont combinées dans la plage variable unique optimale mentionnée ci-dessus, et la combinaison variable et la plage de paramètres pour former un film SEI plus idéal dans différentes conditions de combinaison sont explorées.

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