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鋰離子電池單獨(dú)使用硅晶體作為負(fù)極材料容易產(chǎn)生什么問題?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2440次  |  2018年05月23日  

  電池蓋板是將裸電芯密封使之與外界隔絕的方殼電池頂蓋,每個(gè)方殼電池都由蓋板和殼體組成外殼,蓋板主要包括頂蓋片、正負(fù)極柱、防爆閥、翻轉(zhuǎn)片幾個(gè)部分。


  硅的結(jié)構(gòu)和石墨層狀結(jié)構(gòu)不同(如下圖),其儲能機(jī)理也與金屬材料類似是通過與鋰離子的合金化和去合金化進(jìn)行的,其充放電電極反應(yīng)可以寫作下式:


  Si+xLi++xe-→LiXSi



  硅單質(zhì)作為負(fù)極材料是電池充放電原理如下圖所示:

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%


  由圖中就可看出部分端倪,充電時(shí)鋰離子從正極材料脫出嵌入硅晶體內(nèi)部晶格間,造成了很大的膨脹(約300%),形成硅鋰合金。放電時(shí)鋰離子從晶格間脫出,又形成成了很大的間隙。


  單獨(dú)使用硅晶體作為負(fù)極材料容易產(chǎn)生以下問題:


  第一、在脫嵌這個(gè)過程中,硅晶體體積出現(xiàn)了明顯的變化,這樣的體積效應(yīng)極易造成硅負(fù)極材料從集流體上剝離下來,導(dǎo)致極片露箔引起電化學(xué)腐蝕和短路等現(xiàn)象,影響電池的安全性和使用壽命。


  第二、硅碳為同一主族元素,在首次充放電時(shí)同樣也會形成SEI包覆在硅表面,但是由于硅體積效應(yīng)造成的剝落情況會引起SEI的反復(fù)破壞與重建,從而加大了鋰離子的消耗,最終影響電池的容量。

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