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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 【讨论】关于用作锂电负极的硅材料
汕头大学海洋科学接受调剂
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200722030094

金虫 (小有名气)

[交流] 【讨论】关于用作锂电负极的硅材料

本人是做锂电正极材料的，所以对锂电负极材料了解甚少。今天看到有兴趣看到一篇关于作锂电负极材料的硅的文章，有点内容不明白，请教下作这方面的人士。
文章原文中说：“在理论上，硅可以存储石墨10倍之多的能量。但有观点指出，由于其膨胀和收缩时的体积差高达4倍左右，因此随着利用次数的增加，电极材料的粒子间以及电极材料与集电体的结合力会变弱。
　　解决这个问题时，如果将硅粒子间的间隙过分扩大，则电子和锂离子的移动会减少，电池性能就会下降。反之，如果粒子间的距离过窄，膨胀和收缩的差就会变大，电极材料则会因体积变化而损坏。为此，目前正在寻找硅粒子尺寸和粒子间的空间的合适尺寸。”
本文对“将硅粒子间的间隙过分扩大，则电子和锂离子的移动会减少”和“粒子间的距离过窄，膨胀和收缩的差就会变大”这两点不明白，帮忙解释下。先对热心的虫子表示感谢！
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1楼 2010-12-29 09:50:47
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dahaimian

金虫 (正式写手)
200722030094(金币+1): 2010-12-29 10:22:06
200722030094(金币+1): 2011-02-17 16:46:49
200722030094(金币+2): 谢谢！ 2011-04-25 14:33:20
我也是正极材料的，也不清楚，这个需要找对人才可以解决，
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2楼2010-12-29 10:09:51
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200722030094

金虫 (小有名气)
我想这句话并不是只是对于硅这个材料的，有知道这句话怎么解释的帮忙下，谢谢！现在仔细考虑了下，后面这句话“粒子间的距离过窄，膨胀和收缩的差就会变大”有些理解了，是不是说硅本身在充放电的时候一定会发生膨胀和收缩，若合成的硅材料粒子间的距离过窄（是否可理解后堆积紧密？），这样情况下，反应后和起初的体积差别大呢。不知；理解是否对，希望给点建议。但是前面的“将硅粒子间的间隙过分扩大，则电子和锂离子的移动会减少”还是不明白。
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3楼2010-12-29 10:27:56
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fuzasi

新虫 (小有名气)

硅是一种半导体

200722030094(金币+5):我觉得你说得挺有道理的。硅石半导体，间隙过大，中间隔了空气之后，相当于说增大了锂离子迁移的阻力，是吧。但是我想问下，您觉得同等条件下，是空气对锂离子迁移的阻力大，还是硅这种半导体材料的阻力大呢 2010-12-30 10:15:27
200722030094(金币+1): 2011-02-17 16:46:56
用作锂负极材料的是无定形硅，嵌脱锂时会发生相变，体积会发生变化；同时是一种半导体，间隙过大，相当于硅粒子之间隔了一层空气，电子的传导还可借助集流体解决，但锂离子的迁移就不行了。
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4楼2010-12-29 10:43:23
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200722030094

金虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by fuzasi at 2010-12-29 10:43:23:
用作锂负极材料的是无定形硅，嵌脱锂时会发生相变，体积会发生变化；同时是一种半导体，间隙过大，相当于硅粒子之间隔了一层空气，电子的传导还可借助集流体解决，但锂离子的迁移就不行了。

希望能和您就这个问题详细讨论下，觉得您的答复有道理，但是又有点疑问的
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6楼2010-12-30 10:16:14
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zlaisyy9528

铁杆木虫 (正式写手)
200722030094(金币+3):很好，谢谢 2010-12-30 15:13:16
200722030094(金币+1): 2011-02-17 16:47:08
200722030094(金币+5): 谢谢！ 2011-04-25 14:33:59
硅嵌锂以后会发生体积膨胀使得颗粒粉化，粉化后的颗粒表面会形成SEI，SEI是电子绝缘体会使得电子电导变差，所以粉化越严重性能就会越差。
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7楼2010-12-30 10:33:05
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摩托女郎

至尊木虫 (著名写手)
200722030094(金币+1): 2011-02-17 16:47:11
200722030094(金币+2): 谢谢！ 2011-04-25 14:34:07
200722030094(金币+2): 谢谢！ 2011-04-26 08:27:33
引用回帖:
Originally posted by fuzasi at 2010-12-29 10:43:23:
用作锂负极材料的是无定形硅，嵌脱锂时会发生相变，体积会发生变化；同时是一种半导体，间隙过大，相当于硅粒子之间隔了一层空气，电子的传导还可借助集流体解决，但锂离子的迁移就不行了。

锂离子的迁移是在电解液中进行的，跟间隙有毛关系啊
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8楼2010-12-31 14:38:27
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禾呈燕

新虫 (小有名气)
200722030094(金币+1): 2011-02-17 16:47:18
200722030094(金币+2): 谢谢！ 2011-04-25 14:34:18
200722030094(金币+2): 谢谢！ 2011-04-26 08:27:42
引用回帖:
Originally posted by 200722030094 at 2010-12-29 10:27:56:
我想这句话并不是只是对于硅这个材料的，有知道这句话怎么解释的帮忙下，谢谢！现在仔细考虑了下，后面这句话“粒子间的距离过窄，膨胀和收缩的差就会变大”有些理解了，是不是说硅本身在充放电的时候一定会发生膨 ...

不知LZ是否把你看到的文章给我share一下，目前也正在解决有关硅的问题。
先谢谢了。
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9楼2011-01-05 14:21:46
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手掰脐橙

铁虫 (小有名气)
同样的疑问
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10楼2012-03-01 13:49:35
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abcdmn

金虫 (小有名气)
★
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硅是半导体，如果粒子过小，堆积就会紧密，所以嵌锂时，膨胀很大，容易造成脱落；粒子过大，堆积不紧密，但是电子传导性不好，所以要找个中间值。
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11楼2013-11-02 15:35:01
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709252904

银虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
间隙过大，显然会影响Li离子，电子的输运；嵌锂过程会使体积增大4倍，如果间隙太小，就没有膨胀的空间，那么就会挤爆。
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12楼2013-11-02 18:48:19
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小沐木有

铁虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
楼主的帖子我不太明白   不过将硅做成纳米硅  这个问题就解决了   你想想是怎么回事
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13楼2013-11-03 09:27:24
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HHuntek

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
纳米硅也不行。一个问题是纳米级的稳定性和工艺性会非常不好。另一个问题是价格不对了。
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14楼2014-04-15 14:16:37
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HHuntek

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
使用硅碳合金或硅碳复合的方法，都是科学家们的理想。现在Li电池的最大问题是安全性，谁都知道。所以首先要解决的问题，是使用安全的电解液或固态电解液。哪怕使用最安全的电解液，电解液体系上，无法解决硅膨胀的问题。容量增加4倍，硅膨胀造成的体积膨胀也是4倍，也就是体积容量没变，有意义吗？大家忙什么啊。再进一步，要解决硅膨胀的问题，真是太不容易了。那是硅元素本身造成的问题，你能改变元素吗？我一直在研究这方面的问题，最合理的方法应该是碳链为树枝-硅是苹果的结构。所以问题应该简单处理，研究碳结构还是正道，又有安全性和市场性。我虽然是做硅的，但佩服碳这个好东西。硅给了我们地球，碳给了我们生命。
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15楼2014-04-15 14:34:32
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wht31985楼
2010-12-29 17:02   回复  
200722030094(金币+1): 2011-02-17 16:46:59
200722030094(金币+2): 谢谢！ 2011-04-25 14:33:46
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