실리콘 기반 소재의 개발 및 응용 진전

2024ABCA-8 "제8회 새로운 배터리 양극 및 음극 소재 기술과 제2회 나트륨 배터리 기술 및 시장 발전에 관한 국제 포럼"이 2024년 3월 6일, 7일, 8일 쑤저우에서 성공적으로 개최되었습니다. 컨퍼런스는 공동 후원되었습니다. 중국화학물리전원공급산업협회와 중국전자기술그룹공사 제18연구소가 공동 주관합니다. 첨단 배터리 재료/Beijing Yihui Information Technology Co., LTD., 중국 과학 아카데미 물리학 연구소, 닝보 재료 기술 및 공학 연구소, 중국 과학 아카데미, 쑤저우 나노기술 및 나노바이오닉 연구소, 중국 과학 아카데미의 지원을 받습니다. 동시에 MattVerse Limited, Thermo Fisher Scientific, Linde 글로벌 R&D 센터, Watson-Marlow, CITIC Metal/Brazil Mining and Metallurgy, BYK, Evonik Specialty Chemicals, Group14, Cigna Pioneer, Zhongke Zhiliang, Wisteria Group, Zaichi를 인수했습니다. Technology, Boselis 및 기타 공동 주최자가 강력한 지원을 제공합니다. 이번 컨퍼런스에는 국내외 자동차 업계, 3C전자, 전동공구, 슈퍼커패시터, 나트륨이온전지, 동력전지, 리튬이온전지 및 관련 전지소재(양극, 음극, 격막, 전해액, 도전제, 첨가제 등) 300여개 기업이 초청됐다. ) 및 기타 관련 첨단 지원 장비 기업이 회의에서 총 14개 주제의 장과 80개의 주제 보고서를 준비했습니다.

수년간의 출하량으로 보면 2022년 이전에는 실리콘 음극 출하량과 투자율이 상대적으로 낮으나, 기술의 발전으로 2023년에는 실리콘 음극 전극 출하량과 투자율이 어느 정도 향상되는 모습을 보이고 있다. 가전제품을 포함해 46개의 실린더가 개발되면 실리콘 음극은 향후 2-3년 내에 폭발적으로 성장할 것으로 예상됩니다.

실리콘 양극 재료는 1990년대에 연구 개발을 시작하여 오늘날의 실리콘 산소, 실리콘 탄소 재료 산업화의 발전을 이루었으며 가장 핵심은 구조 설계 및 표면 개질입니다. 학계에서는 실리콘 나노와이어, 중공 구조, 난황 구조 등 구조 설계를 주로 하고 있다. 업계는 주로 응용 분야에서 음극 재료가 직면한 문제를 해결하기 위해 샌딩된 실리콘 탄소, 예비 리튬 실리콘 산소를 포함한 실리콘 산소, 새로운 실리콘 탄소 재료를 포함한 복합 구조를 만드는 것입니다. 실리콘 기반 음극재 적용에 있어 가장 본질적인 문제는 부피 팽창이다. 재료 측면에서 볼 때 하나는 복합재이고 다른 하나는 나노이며 복합재는 주로 실리콘 합금, 실리콘 산화물 소재로 만들어지며, 팽창을 용이하게 하기 위해 실리콘을 금속이나 산화 실리콘 매트릭스에 분산시켜 만든 것이지만 이들 소재는 다양한 문제를 안고 있으며, 최신 세대의 실리콘 소재는 새로운 유형의 실리콘 탄소입니다. 주로 CVD 기술을 사용하여 나노와 복합재를 결합하여 실리콘 탄소 재료를 만듭니다. 물론, 셀 말단에서는 셀 구조 설계, 화학 시스템, 공식 최적화를 포함하여 해당 설계도 수행합니다.

실리콘 소재의 연구개발 현황을 소개합니다. 수년에 걸쳐 실리콘 양극 연구 개발은 4세대의 재료에 도달했습니다. 기존의 실리콘산소를 포함한 1세대 실리콘카본은 가격상의 이점으로 인해 소규모 전력분야에 주로 사용된다. 실리카는 자연적인 첫 번째 효과가 없기 때문에 리튬 전, 마그네슘 전 개선이 필요합니다. 3세대 프리리튬산화규소는 양산을 추진해 초효과 문제를 해결했지만, 가장 큰 문제는 비용이 통제할 수 없고, 팽창 문제도 해결하지 못한다는 점이다. 향후 개발인 증착 실리콘 카본을 기반으로 팽창률이 작고 이론 비용이 낮기 때문에 현재의 연구 개발 노력이 증가하고 있습니다. 이 보고서는 주로 사전 리튬 실리콘 산소 및 기상 증착 실리콘 탄소에 초점을 맞춰 해당 보고서를 작성합니다.
애초에 우리가 {{0}}.8V에 관심을 갖는 이유는 무엇입니까? 600mAh/g 실리콘 음극재를 사용한 삼원계 양극을 예로 들면, 3전기 레벨 시스템에서 전압을 2.5V에 가하더라도 음극은 최대 0.8V까지만 작동할 수 있습니다. . 따라서 실리콘 네거티브 0.8V 데이터는 셀 설계에 더 중요합니다.
사전 리튬 실리콘 산화물을 만드는 방법은 무엇입니까? 프리리튬 함량이 증가함에 따라 다양한 규산염 상이 형성되는 것은 불가피하며, 추가로 프리리튬이 414 상을 형성하면 필연적으로 리튬 실리콘 합금이 생성되어 리튬 실리콘 합금이 생성되어 재료의 보관 및 안정성이 저하되어 가공에 도움이 되지 않습니다. 그리고 프리리튬실리코 이후 확장성이 개선될 수 있을까? 이론적인 계산으로부터 실제로 리튬 이전 실리콘 산소의 부피 팽창은 리튬 함량의 증가에 따라 크게 변하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 반대로 프리리튬실리카 자체로 인한 잔류 알칼리 문제는 바인더의 접착성능에 영향을 주지만 이 조각의 팽창을 악화시키게 된다.

사전 리튬 실리콘 소재를 만드는 방법은 무엇입니까? 나는 리튬 규산염 상을 제어하는 ​​핵심 요인이 리튬 이온에서 양극을 먹기 때문에 먼저 리튬 빈약 상을 줄이고, 두 번째로 리튬이 풍부한 상 형성을 피하는 것이 영향을 미치기 때문에 리튬 빈약 상을 줄이는 것이라고 생각합니다. 처리 성능을 고려하면 사전 리튬 실리콘 산화물은 주로 213상이라고 생각됩니다.
두 번째는 실리콘 결정 크기를 제어하는 ​​것입니다. 우리는 실리콘 결정 크기를 비정질 상태까지 5나노미터 미만으로 최대한 작게 만들어 응력 축적을 줄이고 궁극적으로 리튬 사이클을 개선할 수 있도록 노력합니다.
세 번째는 표면 잔류 알칼리를 제어하는 ​​것입니다. 잔류 알칼리가 너무 높으면 바인더와 반응하여 결합 성능이 저하되고 순환에 영향을 미칩니다. 코팅을 하지 않고 단순히 표면 잔류 알칼리를 감소시킨다면 여전히 가스 발생 문제를 해결할 수 없습니다. 따라서 일반적으로 사용되는 고속 이온 전도체 또는 탄소 클래딩과 같이 처리를 더욱 개선하기 위해 재료 자체에 해당 수정을 가해야 합니다. 그러나 이에 따른 코팅 강도의 최적화도 필요합니다. 왜냐하면 이축 슬러리를 사용할 경우 입자 간 또는 입자와 장비 사이에 충돌이 발생하여 재료 입자 표면이 파괴될 수 있으며 결국에는 생산 가스는 슬러리 저장 과정에서 생성됩니다.