A capacidade específica teórica do Si chega a 4200mAh/g, que é 10 vezes maior que a capacidade específica teórica do grafite; o potencial de intercalação de lítio do Si é baixo, que é 0,37mV Li/Li+; e Si é o segundo elemento mais abundante na terra, que não é prejudicial ao meio ambiente. A destruição ocorrerá, e o processo de produção do nano-silício é maduro e de baixo custo, por isso o Si é considerado pelos pesquisadores como o principal material anódico a substituir o grafite no futuro.

No entanto, no processo de intercalação e extração de lítio, o volume de Si irá expandir e contrair, e a taxa de variação pode chegar a 400%. A mudança de tensão mecânica gerada neste processo faz com que o material do eletrodo negativo colapse, a estrutura do eletrodo seja instável e o filme SEI na superfície do eletrodo negativo seja instável e instável. Além disso, o Si é um semicondutor, e sua condutividade é baixa, e a expansão e contração das nanopartículas de Si também faz com que elas se soltem gradualmente da rede de transporte de elétrons e partículas, reduzindo ainda mais sua condutividade. Tudo isso limita muito o desempenho eletroquímico do Si. Como limitar a mudança de volume de Si e utilizar melhor a vantagem de capacidade do Si é a principal direção de pesquisa no momento.

Mecanismo de formação do filme SEI em materiais anódicos à base de Si

Assim como os materiais anódicos de grafite, os materiais anódicos à base de Si também formarão um filme SEI na interface sólido-líquido durante o processo de formação. No entanto, durante a intercalação e extração do lítio, a dramática mudança de volume do Si faz com que o filme SEI se rompa continuamente. gerado, resultando em baixo desempenho do ciclo da bateria e baixa eficiência Coulombiana. Portanto, a pesquisa atual se concentra em como limitar a mudança de volume de Si através da recombinação de materiais, de modo a exercer a vantagem de capacidade do Si.

Em muitos estudos, o mais envolvido é a composição de carbono de silício. Na produção real, existem várias maneiras de compor materiais de silício e materiais de carbono. Entre eles, a estrutura ideal é usar cladding e estruturas compostas de silício-carbono para ajudar a construir um filme SEI estável. Por exemplo, a estrutura core-shell formada após o revestimento tem um certo efeito tampão na expansão do Si, o que torna o filme SEI mais estável e também inibe a aglomeração de partículas de Si. Somente se o problema de expansão de volume do Si for resolvido primeiro e suas características de capacidade puderem ser bem exercidas, mais pesquisas como material de eletrodo serão significativas.

Quando a capacidade do Si como material de eletrodo negativo for bem exercida, a aplicação de materiais à base de Si na produção real se tornará uma realidade. Do ponto de vista do processo de produção da bateria, estuda-se que as propriedades do filme SEI formado são afetadas pelo controle dos parâmetros do processo de formação e, em seguida, melhora o desempenho da bateria.

Meias células foram fabricadas em laboratório, usando AFM combinado com métodos convencionais de caracterização e métodos de teste de desempenho de bateria de íon de lítio para explorar uma faixa de parâmetro de variável única ideal para formação de filme SEI sob a condição de alterar a corrente de formação, temperatura de formação e tensão de corte sozinha; Em seguida, duas variáveis ​​diferentes são combinadas dentro da faixa de variável única ótima mencionada acima, e a combinação variável e a faixa de parâmetros para formar um filme SEI mais ideal sob diferentes condições de combinação são exploradas.

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