宋怀河教授:硅碳负极材料及其改性(报告)

发布时间 | 2023-07-24 11:39 分类 | 行业要闻 点击量 | 775
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导读:在7月24~26日即将在成都举办的“2023新能源粉体材料暨钠离子电池产业创新发展论坛​”上,将由来自北京化工大学的宋怀河教授分享报告“硅碳负极材料及其改性”。报告将在综述目前硅碳负极材料研究和...

目前,天然石墨、人造石墨是主流的负极材料技术路线,硅基等新型负极材料的应用也日趋广泛。从技术上来讲,石墨负极体系向硅基负极体系升级是重要方向,硅碳负极材料的比容量可以达到石墨负极的数倍,其在锂电池中应用将大幅提升能量密度上限。当前,跟着特斯拉的步伐,宁德时代、比亚迪等中国企业也踏上了研发硅基负极材料之路,同时也通过投资加紧布局。

负极材料分类

负极材料分类

硅作为锂电池负极具有致命的缺陷,充电时锂离子从正极材料脱出嵌入硅晶体内部晶格间,造成了很大的膨胀(约300%),形成硅锂合金,放电时锂离子从晶格间脱出,又形成成了很大的间隙,这样的体积效应极易造成硅负极材料从集流体上剥离下来,导致极片露箔引起电化学腐蚀和短路等现象,影响电池的安全性和使用寿命。

结合碳材料和硅材料的优缺点,经常将两者复合来使用,以最大化提高其实用性。从量产的角度出发,硅碳复合材料比较容易实现规模生产。不过硅碳为同一主族元素,在首次充放电时同样也会形成SEI包覆在硅表面,但是由于硅体积效应造成的剥落情况会引起SEI的反复破坏与重建,从而加大了锂离子的消耗,最终影响电池的容量。

不同形式的硅碳复合路线

不同形式的硅碳复合路线

不过目前硅碳负极的大规模应用仍有待进一步发展,主要原因在于:

1.循环性能低于石墨负极,有待进一步提高;

2.成本较高,硅基负极材料的制备过程中多用到纳米硅粉,其生产对设备的要求极高,需要较大的资金投入且生产过程中能耗较大;

3.实现工业规模化放大有一定的技术门槛,目前大部分仍停留在实验室吨级实验;

4.新一代电池体系配套不完善,硅碳负极作为新一代负极材料,需要配套相应的导电剂、粘结剂等,目前产业链配套仍不成熟。

在7月24~26日即将在成都举办的“2023新能源粉体材料暨钠离子电池产业创新发展论坛”上,将由来自北京化工大学的宋怀河教授分享报告“硅碳负极材料及其改性”。报告将在综述目前硅碳负极材料研究和开发现状的基础上,主要介绍炭包覆纳米硅复合负极材料的热解制备方法、形貌结构调控、形成机理、改性及其电化学性能,分析了影响储锂性能的因素,提出进一步优化和改进的策略,最后展望硅炭负极材料的发展方向和应用前景。

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报告人简介

宋怀河

宋怀河,北京化工大学教授,博士生导师,从事先进炭材料及其储能应用研究。任中国电工技术学会炭-石墨材料专业委员会委员,中关村石墨烯产业创新联盟副理事长,能源材料化学省部共建国家重点实验室和先进化学蓄电技术与材料北京市重点实验室学术委员会委员、材料电化学过程与技术北京市重点实验室学术委员会委员兼副主任。兼任《新型炭材料》《Nanomaterials》和《炭素》杂志编委会委员,《北京化工大学学报》(自然科学版)和《炭素技术》编辑委员会副主任。主持了国家863计划、国家自然科学基金重点、面上及企业合作项目多项,在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Carbon等发表SCI收录论文300余篇,被SCI他引15000余次,H指数62。获得国家发明专利47件,申请56项,实现专利成果转化6项,获得省部级科技成果奖励2项。


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作者:粉体圈

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