[การวิเคราะห์ SMM] ผลกระทบจากปริมาณที่รุนแรงของซิลิคอนระหว่างการลิเธียชันเป็นข้อจำกัดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับการพาณิชย์ของวัสดุที่มีฐานซิลิคอน

SMM, 27 ธันวาคม:

เมื่อซิลิคอนถูกลิเธียมจนเต็ม ปริมาตรของมันจะขยายตัวมากกว่า 300% การเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่สำคัญนี้นำมาซึ่งปัญหาหลายประการ 1) ผลกระทบจากปริมาตรทำให้เกิดความเครียดภายในสูงในแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถบีบแผ่นขั้วไฟฟ้าได้ง่าย นำไปสู่การแตกร้าวและแม้กระทั่งการแตกละเอียดของวัสดุขั้วไฟฟ้าซิลิคอน 2) ผลกระทบจากการขยายตัวของปริมาตรทำให้วัสดุขั้วไฟฟ้าสูญเสียการสัมผัสกับตัวเก็บกระแสไฟฟ้า ทำให้วัสดุที่ใช้งานหลุดออกจากแผ่นขั้วไฟฟ้า ส่งผลให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็ว 3) ผลกระทบจากการขยายตัวของปริมาตรมักทำให้เกิดฟิล์ม SEI (solid electrolyte interphase) ที่ไม่เสถียร เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของซิลิคอน ฟิล์ม SEI จะแตกออก เผยให้เห็นพื้นผิวซิลิคอนใหม่ที่สร้างฟิล์ม SEI ใหม่อย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะบริโภคไอออนลิเธียมในอิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เกิดการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้และประสิทธิภาพการชาร์จครั้งแรกต่ำ นอกจากนี้ ความหนาของ SEI จะเพิ่มขึ้นตามการทำงานทางเคมีไฟฟ้า และชั้น SEI ที่หนาเกินไปจะขัดขวางการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการแพร่กระจายของไอออน Li+ เพิ่มความต้านทาน

นอกจากนี้ เมื่อปริมาณซิลิคอนเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพโคลัมบิกเริ่มต้นจะลดลง การสูญเสียรอบแรกที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของวัสดุซิลิคอนอาจสูงถึง 30% (เมื่อเทียบกับ 5-10% สำหรับกราไฟต์) ปฏิกิริยาข้างเคียงระหว่างตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์และสารเคมีลิเธียมก่อให้เกิดฟิล์ม SEI บนขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งบริโภคลิเธียม การเปลี่ยนแปลงปริมาตรทำให้ SEI ไม่สามารถก่อตัวอย่างเสถียรบนพื้นผิวขั้วไฟฟ้า Si ได้ ทำให้ SEI แตกซ้ำและบริโภคไอออน Li+ จำนวนมาก ในขณะเดียวกัน ความหนาของ SEI จะเพิ่มขึ้นตามการทำงานทางเคมีไฟฟ้า และชั้น SEI ที่หนาเกินไปจะขัดขวางการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการแพร่กระจายของไอออน Li+ เพิ่มความต้านทานและโพลาไรเซชัน

วิธีแก้ปัญหาของขั้วไฟฟ้าซิลิคอน:

(1) การสร้างโครงสร้างนาโน

(2) การเคลือบ

การลดขนาดอนุภาคเพิ่มพลังงานพื้นผิว และพลังงานพื้นผิวของอนุภาคนาโนเพิ่มขึ้น ทำให้เสถียรภาพลดลงและทำให้อิเล็กโทรไลต์สลายตัว (รีดักชัน/ออกซิเดชัน) กับอนุภาคนาโนได้ง่าย

(3) วิธีประนีประนอม -- ขั้วไฟฟ้าซิลิคอนมอนอกไซด์

(แหล่งภาพ: อินเทอร์เน็ต)

ทีมวิจัยพลังงานใหม่ SMM

Cong Wang 021-51666838

Xiaodan Yu 021-20707870

Rui Ma 021-51595780

Ying Xu 021-51666707

Disheng Feng 021-51666714

Yujun Liu 021-20707895

Yanlin Lü 021-20707875

Zhicheng Zhou 021-51666711

Haohan Zhang 021-51666752

Zihan Wang 021-51666914

Xiaoxuan Ren 021-20707866

Yushuo Liang 021-20707892

Jie Wang 021-51595902

Yang Xu 021-51666760

Mengqi Xu 021-20707868