イオン電池アノード材料用のシリコンカーボン複合材料の調製

イオン電池のアノード材料用のケイ素-炭素複合材料の調製

リチウムイオン電池 （LIB）は、安定した寿命特性と高効率のため、電気自動車やエネルギー貯蔵装置（ESS）などの大容量の貯蔵装置やモバイル機器でますます使用されています。

LIBのエネルギー密度を高めるために、次の戦略を使用できます（Wh = kg）：1）電極データを変更します2）コーティング技術を改善します3）アノードとカソードのデータ充填を改善します4）リチウム吸収を促進しますカソードの速度。 ただし、方法2〜4は一般に内部空間の最適化と計画に限定されているため、新しい電極材料の組成の研究が活発に行われています。

現在、LIBSで使用される最も代表的なカソード源はグラファイトです。 グラフェン層の一軸配向のため、非常に可逆的な充放電挙動を示し、したがってサイクル寿命が長くなります。

さらに、グラファイトが完全に充電されると、つまり、層間にリチウムイオンが存在すると、電極電位は0V vs Li = Li +になります。 これは、グラファイトが純粋なリチウム金属と同様のポテンシャルを示すことができることを示しています。 したがって、グラファイトカソードと酸化物ベースのアノードを備えたバッテリーを組み立てることにより、より高いエネルギーを得ることができます。

ただし、当時の大容量バッテリーの需要を考慮すると、グラファイトの理論容量が小さい（372mAh = g、837mAh = cm3）ことは、アノード材料としてグラファイトを継続的に使用する上で重要な障害となります。 したがって、高容量で高性能のリチウム二次電池を開発するためには、非炭素アノード材料を開発することが重要です。

これらの非炭素材料の中で、Siは4200mAh = gの高い放電容量と0.4V（vsLi = Li +）のリチウム応答電位を持つため、最も適しています。 しかし、Siには重要な問題があります。つまり、充放電プロセス中に体積が大きく変化し、可逆性が低下し、容量が低下します。

リチウムに対する金属粒子のナノスケール応答、リチウムと反応する不均一合金の組成、活性=不活性金属錯体、リチウム合金=炭素組成など、体積膨張を減らすための多くのアプローチが提案されています。 11-15）

このワークショップでは、シリコンカーボンブラック（Si-CB）複合データを構成することにより、シリコンのバルク膨張の問題に対処しようとします。 CB構造は、異なる方向の1次粒子の集合によって形成され、異なる方向のネットワークを形成し、ランダムな成長によりCB集合体に形成される空間を形成します。 16-19）

したがって、ボリューム拡張の場合、これらのスペースはシリコンを収容するためのバッファとして使用されます