シリコン系材料の開発と応用の進歩

2024ABCA-8「第 8 回新しい電池アノードおよびカソード材料技術および第 2 回ナトリウム電池技術と市場開発に関する国際フォーラム」が、2024 年 3 月 6、7、8 日に蘇州で成功裡に開催されました。カンファレンスは共催されました。中国化学物理電源産業協会および中国電子技術集団公司第 18 研究所による。 先進電池材料/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD.、中国科学院物理研究所、中国科学院寧波材料技術工学院、中国科学院蘇州ナノテクノロジー・ナノバイオニクス研究所の支援。 同時に、MattVerse Limited、Thermo Fisher Scientific、Linde Global R&D Center、Watson-Marlow、CITIC Metal/Brazil Mining and Metallurgy、BYK、Evonik Specialty Chemicals、Group14、Cigna Pioneer、Zhongke Zhiliang、Wisteria Group、Zaichi を買収しました。 Technology、Boselis および他の共催者の強力なサポート。 このカンファレンスには、国内外の自動車産業、3Cエレクトロニクス、電動工具、スーパーキャパシタ、ナトリウムイオン電池、動力電池、リチウムイオン電池および関連電池材料（正極、負極、隔膜、電解質、導電剤、添加剤）から300社が招待されました。 ）およびその他の関連する高度な支援機器企業が参加し、この会議では合計 14 章のテーマ、80 のテーマ別レポートが整理されました。

経年出荷の観点から見ると、2022年以前はシリコン負極の出荷量と浸透性が相対的に低いですが、技術の発展により、2023年にはシリコン負極の出荷量と浸透性がある程度改善されています。家庭用電化製品を含む 46 シリンダーの開発では、シリコン負極は今後 2-3 年以内に爆発すると予想されています。

シリコン負極材料は1990年代に研究開発が始まり、今日のシリコン酸素、シリコン炭素材料の工業化の発展、最も核となるのは構造設計と表面改質です。 学術コミュニティは主にシリコンナノワイヤー、中空構造、卵黄構造などの構造設計を行っています。 この業界は主に、研磨シリコンカーボン、プレリチウムシリコン酸素を含むシリコン酸素、新しいシリコンカーボン材料などの複合構造を製造しており、主に用途で負極材料が直面する問題を解決しています。 シリコンベースのアノード材料の用途における最も本質的な問題は、体積の膨張です。 材料面から見ると、1つはコンポジット、もう1つはナノであり、コンポジットは主にシリコン合金、シリコン酸化物材料で作られており、金属またはシリコン酸化物マトリックスにシリコンを分散させて膨張を容易にしますが、これらの材料にはさまざまな問題があり、最新世代のシリコン素材は、新しいタイプのシリコンカーボンです。 これは主に CVD 技術を使用してナノと複合材料を組み合わせてシリコンカーボン材料を作成することです。 もちろん、セルエンドもセル構造設計、化学システム、配合最適化などの対応する設計を行います。

シリコン材料の研究開発状況を紹介します。 長年にわたり、シリコン陽極の研究開発は 4 世代の材料に及んでいます。 従来のシリコン酸素を含む第一世代のシリコンカーボンは、コスト面での利点があるため、主に小規模発電分野で使用されます。 シリカは、自然の最初の効果がないため、リチウム以前、マグネシウム以前の改善でなければなりません。 第 3 世代のプレリチウムシリコン酸化物の量産化が進められ、第一効果の問題は解決されましたが、最大の問題はコストが制御できないことであり、拡大の問題は解決されていません。 将来の開発である蒸着シリコンカーボンに基づいて、膨張率が小さく、理論コストが低いため、現在の研究開発の取り組みが強化されています。 このレポートは、主にプレリチウムシリコン酸素と気相堆積シリコン炭素に焦点を当て、対応するレポートを作成します。
そもそも、なぜ {{0}}.8 ボルトを気にするのでしょうか? 600mAh/gのシリコン負極材料を使用した三元正極を例にとると、たとえ3電気レベルシステムで電圧が2.5ボルトであっても、負極は最大でも0.8ボルトまでしか動作できません。 。 したがって、シリコンのマイナス 0.8 ボルトのデータはセル設計にとってより重要です。
プレリチウムシリコン酸化物を作るにはどうすればよいですか? プレリチウム含有量の増加に伴い、さまざまなケイ酸塩相が形成されることは避けられず、さらにプレリチウムが 414 相を形成すると、状態図から必然的にリチウムシリコン合金の生成が発生することがわかります。材料の保存と安定性が損なわれ、加工には適していません。 また、プレリチウムシリコ後に膨張を改善できるでしょうか? 理論計算から、実際、プレリチウムシリコン酸素の体積膨張は、リチウム含有量の増加によって大きく変化しないことがわかります。 逆に、プレリチウムシリカ自体に起因する残留アルカリの問題は、バインダーの結合性能に影響を与えますが、このピースの膨張を悪化させます。

プレリチウムシリコン材料はどうやって作るのですか? 私は、ケイ酸リチウム相を制御する中心的な要素は、まず第一に、リチウムイオンから正極を食べるため、リチウム不足相を減らすことであり、第二に、リチウムリッチ相の形成を避けることです。処理性能が優れているため、プレリチウム酸化ケイ素は主に 213 相であると考えられます。
2つ目はシリコン結晶サイズの制御です。シリコン結晶サイズをアモルファス状態に至るまで可能な限り小さく、5ナノメートル未満にすることで、応力の蓄積を軽減し、最終的にはリチウムサイクルを向上させることができます。
3つ目は、表面残留アルカリを制御することです。残留アルカリが多すぎると、バインダーと反応して結合性能が低下し、循環に影響を及ぼします。 コーティングを行わずに単に表面残留アルカリを低減しただけでは、ガス発生の問題は解決できません。 したがって、一般的に使用される高速イオン伝導体やカーボンクラッディングなど、処理をさらに改善するために材料自体に対応する変更を加える必要もあります。 ただし、二軸スラリーを使用すると粒子同士、あるいは粒子と設備との衝突により材料粒子の表面が破壊され、最終的には表面が破壊されてしまう可能性があるため、それに応じて塗膜強度を最適化する必要もあります。生産ガスはスラリーの保管プロセス中に生成されます。