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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
汕头大学海洋科学接受调剂
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1楼 2013-08-14 22:30:03
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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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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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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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