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EPTec2018精彩报告之魏飞教授:硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术

中国粉体网 2018/9/10 09:48:29 点击 1342 次

导读 2018年9月27-28日,中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将在南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,届时魏飞教授将同业内人士探讨硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术。精彩报告,不容错过!

中国粉体网讯  2018年9月27-28日,中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将于南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,并邀请清华大学魏飞教授为业内人士带来精彩报告:《硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术》。


锂离子电池具有能量密度高、功率密度大、循环寿命长、工作电压稳定等优势,是未来极具发展前景的人造能源载体。其中,负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一。


锂离子电池的负极材料


锂离子电池的负极材料通常要求具有以下条件:

(1)材料具有适宜的嵌锂电位

(2)材料可逆嵌/脱锂性能好

(3)材料在嵌/脱锂过程中的体积变化较小

(4)材料具有较好的导电性

(5)材料在充放电过程中表面能够形成稳定的SEI膜

(6)电化学稳定性好

(7)成本较低


常见负极材料性能对比



目前,碳素类负极材料己经被广泛商业化应用,其具有很好的电化学活性,有利于电子的传递,在循环过程中电极结构保持稳定,体积膨胀率小。但是对此类材料的开发已经接近其理论容量,而在电动汽车快速发展的阶段,对高能量密度和高功率密度锂离子电池的需求日益迫切。石墨材料较低的可逆比容量无法满足高比容量密度的需求,因此迫切需要开发新型稳定的高比容量负极材料。


硅基负极材料的优缺点


硅基负极材料具有比容量高、电压平台低、环境友好、资源丰富等优点,有望替代石墨负极应用于下一代高比能锂离子电池,是目前最具有发展潜力的负极材料。


但是硅基负极材料同样存在很大缺点。硅脱/嵌过程中有较大的体积变化(300%),易导致颗粒粉化,进而从集流体上脱落。同时,硅负极表面在充放电过程中存在 SEI 膜的不断破碎及生成,持续地消耗活性锂离子,导致库仑效率及电池循环寿命降低。


硅基负极材料体积变化的影响



为了解决这些问题,科研人员提出多种解决手段,将金属、氧化物 、有机聚合物、碳等材料与硅复合,缓解其体积变化,提升电化学稳定性。其中,碳材料具有优异的导电性和力学性能,与硅复合不仅可有效缓解体积膨胀,还可以改善电极导电性并得到稳定的 SEI 膜,硅碳复合材料是最先进入商业化的硅基负极材料。


硅/陶瓷/碳负极材料


据研究,硅氧基负极具有较高理论容量、惰性基体提高稳定性、成本低、易大规模制备的优势,但也存在不可逆容量高、200%体积膨胀、导电性差、库伦效率低等劣势;SiOx、SiNx复合材料也存有制备量小、难以放大、制备方法复杂、原料成本高、导电性差、循环不够稳定、容量难以发挥、倍率性能差等缺点。


对此,有学者提出能否找一种强度高、化学稳定性好,不与锂反应的材料为透锂中间层,改进硅循环性同时,不降低首次库伦效率?通过研究,学者发现硅/陶瓷/碳复合材料具有制备量大、制备过程简单、寡层石墨烯包覆提高导电性、循环稳定性明显改善、容量发挥较好、倍率性能优越等众多优势。


2018年9月27-28日,中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将在南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,届时魏飞教授将同业内人士探讨硅/陶瓷/碳负极材料的流化床制备技术。精彩报告,不容错过!


魏飞教授简介


魏飞,博士。现任清华大学化工系教授、博士生导师,北京市“绿色化学反应工程和技术”重点实验室主任,清华大学长江学者特聘教授。


研究领域包括多相流和多相流反应堆。魏教授赢得过很多荣誉和奖励,如国家杰出青年科学奖(1996 ),中国青年特殊贡献奖(1997 ),1999 年被国家教育部授予“杰出科学家”荣誉称号。有超过 200 篇著作和论文出版。


(中国粉体网编辑整理/三昧)

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