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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 » 电化基础 » 求助：硅电极的锂电池的脱嵌锂问题
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锂离子纽扣电池 锂离子电池相关知识

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1楼 2013-08-14 22:30:03
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

Parker一班

木虫 (正式写手)

水牛生态学家

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
尊敬的楼主你好：
对于你的问题，我尽量用英文术语回答你，这样比较统一。

1. 你的问题有误。应该改为“锂嵌入硅的过程”，因为charging和discharging过程中，始终是锂离子在移动。锂嵌入硅的过程是charging。charge这个单词本身就有“插入，强加”之意，charging可以理解为“充电”。但本人并不希望你去用“充电”“放电”这些词汇，因为是中国教授们造的。如果你的导师英语过了四级，还是希望你能够建议他多多跟你们用英文术语"charging process"和"discharging process"。但是锂离子嵌入silicon的过程中，根据能斯特方程，整个电池开路电压是在下降的，能量在下降，但我们不能因为电池在放能量就想当然地称这一过程为“放电”。对于LiFePO4等这些cathode，道理相同，即：不论是对于测试anode的半电池，或测试cathode的半电池，还是全电池，锂离子向anode移动，就是charging（充电），锂离子向cathode移动，就是discharging（放电）。对于楼主的问题，是“充电”还是“放电”，我已经讲到这了，楼主自己寻思呢？

2. 对于你的“正极”“负极”，我相信ACS的编委每一个听得懂。我猜测，你所谓的“正极”应该是"positive electrode"，即"cathode"，你所谓的“负极”应该是"negative electrode"，即"anode"。Silicon vs Li/Li+ 的电位大于零，所以silicon是anode，锂片是cathode。希望你能背下"silicon anode"这个短语，以后就不会搞混了。

3. 为啥要做半电池。做半电池的主要目的是单一地测定和表征silicon anode的性能。silicon用来做全电池的话，会出现cathode和anode电解液不兼容的问题，cycling performance和rate performance都不行。不知道楼主想用啥样的cathode来配silicon anode呢？LiFePO4？LiCoO2？Sulfur？还是什么其他的。。。？反正都不行。崔屹（Yi Cui @ Stanford Univ.）发过一篇Nano Letters，用Silicon做全电池，两三年前的事情了，建议楼主有兴趣的话去Yi Cui的Group Website上看看。

多说一句：单独测试silicon anode的半电池实际是useless的，因为silicon的放电平台是在0.18 V vs Li/Li+ 左右（可以参见Tarascon在JACS上发表的一篇关于嵌锂与材料结构及电压变化的关系的topic的文章），这么低的电压不能用作电池，所以如果想用silicon做anode materials，必须找到合适的cathode组装成全电池来使用。

再多说一句：楼主所谓的“嵌锂”，英文叫“Lithium-ion insertion”或者"Lithium-ion intercalation"，insertion和intercalation都是“插入”“嵌入”之意，但是锂离子进入硅材料中，严格意义上是不能称为insertion或intercalation的。原因如下：只有对于具有层状结构的材料，例如LiFePO4和graphene（石墨烯有争议），才能称为insertion和intercalation，因为层状结构给予锂离子插入的空间。而锂离子在进入硅材料的过程，实际是Si-Li Alloying（硅锂合金化）的过程，是种改变原始材料结构的合金化过程，因此不是简单的“插入”“脱出”。切记“Si-Li Alloying（硅锂合金化）”！

这里给楼主附上一篇今年六月末在Nano Letters上发表的paper，是关于silicon anode的，希望楼主笑纳并细读、消化。如果楼主还有任何问题，可以告诉我！

Paper：Three-Dimensional Hierarchical Ternary Nanostructures for High-Performance Li-Ion Battery Anodes.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl401880v
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早起的菜鸟有菜吃
2楼2013-08-15 00:01:12
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Parker一班

木虫 (正式写手)

水牛生态学家

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
857688363: 金币+10, 感谢应助 2013-08-15 20:33:41
尊敬的楼主：

刚刚回复了你的问题，但我犯了一个错误，在此修正一下。

第二个问题中，我回答说：“Silicon vs Li/Li+ 的电位大于零，所以silicon是anode，锂片是cathode。希望你能背下"silicon anode"这个短语，以后就不会搞混了。”这句话有错误。

在半电池中，任何材料的电势都是versus锂片的。锂片拥有最低电位。所以，任何材料对于锂片都是显示正电势，即这些被测试的材料都是cathode或positive electrode。因此，结论：在一个仅有锂片和硅材料的半电池中，相对于锂片而言，硅是cathode，在一个仅有锂片和磷酸铁锂的半电池中，相对于锂片而言，磷酸铁锂是cathode，在任何一个仅有锂片和XXX材料的半电池中，相对于锂片而言，XXX材料都是cathode（正极）。我们之所以称硅为anode，是因为硅相对于磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等等电势太低，如果商业化，只能用作anode。
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早起的菜鸟有菜吃
3楼2013-08-15 00:12:54
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匿名

用户注销 (初入文坛)
本帖仅楼主可见
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11楼2013-11-22 21:47:47
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shunyoumetal

铜虫 (小有名气)
本帖内容被屏蔽
4楼2013-08-15 10:42:39
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mars0611

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
实在看不下去了。。。。。。对于半电池，负极材料嵌锂是放电过程。。。
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5楼2013-08-15 10:49:28
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mars0611

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★
857688363: 金币+2, 感谢应助 2013-08-15 20:33:52
半电池中，si负极是做正极的，锂片是对电极，首周先放电，也就是嵌锂。
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6楼2013-08-15 10:51:32
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yinhegu

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
1. 一般称硅嵌锂为放电过程，虽然也有文献中是charging。
2.半电池中以锂片对对电极的话，锂片永远是负极。判断一个材料正负极是看其电压的。
3.半电池，只是为了研究方便吧。都参考锂片做半电池，大家也可以统一。但半电池中一种材料性能再好，也要经得起全电池检验才行的。
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7楼2013-08-15 12:23:50
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sheva@7

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
857688363: 金币+3, 感谢应助 2013-08-15 20:34:04
1.对于楼主的半电池而言，硅嵌入锂的过程是放电；
2.硅在这里是正极，锂片是负极，因为锂的电势更低；
3.一般来说锂片做对电极的扣式电池都被称为半电池，习惯而已；
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8楼2013-08-15 15:59:34
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魂飘渺

木虫 (正式写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by Parker一班 at 2013-08-15 00:01:12
尊敬的楼主你好：
对于你的问题，我尽量用英文术语回答你，这样比较统一。

1. 你的问题有误。应该改为“锂嵌入硅的过程”，因为charging和discharging过程中，始终是锂离子在移动。锂嵌入硅的过程是charging。c ...

回答的很详细，很专业呀
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怀才就像怀孕，时间长了才能看出来．
9楼2013-08-15 17:11:13
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sheva@7

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

对了，楼主要是对硅负极的东西感兴趣的话可以关注一下日立麦克赛尔公司的动向。他们的含硅负极电池是有成品拿来卖的，比看那些虚假的文献要好。
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10楼2013-08-15 21:21:47
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