磷基负极的膨胀问题有两种解决思落,
一种是减少黑磷的密度,使得黑磷薄膜孔隙增多,物理缓冲黑磷薄膜在电化学反应中的体积变化。
一种是利用黑磷纳米片与石墨烯的C-P键化学解决;
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如上图所示,黑磷基负极材料2000次循环后的数据非常给力,在13 A/g的高电流密度下,循环2000圈后的可逆容量高达440mAh/g。这意味着以13 A/g的电流密度充电,只需要<10分钟便达到约350Wh/kg的电池级能量密度。
黑磷大规模应用的关键阻碍在于黑磷容易被氧化。因为在黑磷蜂窝状结构中,磷原子与其他3个磷原子成键之后,仍有一对孤对电子,该孤对电子易被氧分子夺走,从而造成外层黑磷的氧化。由于空气和水中都含有溶解氧,黑磷在有湿度的空气中容易氧化。
2022年9月武汉先进院取得了一种超疏水黑磷纳米片的专利,阻断其与水氧的接触,具资料显示其已经能够用于电池负极,膨胀问题也不大。
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因为硅材料在充电嵌锂阶段有膨胀的特性,导致硅碳负极的硅含量不高,现今的硅碳负极硅含量仅有5%-8%,所以硅碳负极对硅的带动十分有限。硅氧负极膨胀率只有120%,所以目前容量较小的硅氧负极是主流,硅碳负极也还在起步阶段。
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如何解决硅碳负极膨胀问题?
兴发的硅碳负极技术来源于三峡大学,三峡大学主推非晶硅技术。
通俗的说,相较多晶硅技术,非晶硅技术空隙更多,膨胀后体积影响小,首次库伦效率高。
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兴发对三峡大学的研发合作今年已经全面铺开,非晶硅技术只此一家,最终是否有所建树还需观察。
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我个人更看好黑磷负极。原因如下:
因为对于锂离子电池而言,电芯的能量密度主要取决于电芯中的正负极材料的能量密度。单纯提高正极材料 1 倍的储锂容量,在平均电位不下降的前提下,提高锂离子电池的质量能量密度最大约为 40%;提高负极材料 1 倍的储锂容量,提高电池的质量能量密度最大约为 20%。
石墨(碳)的理论比容量较小,仅有372mAh/g,而硅的理论比容量是4200mAh/g。但是由于在在实际电池电芯中,存在多种非活性物质,所以即使采用硅碳负极,预计单体电芯达到的质量能量密度也仅为500~700Wh/kg。当前的主流电芯质量能量密度在210Wh/kg左右。如果不考虑体积,三块当前的主流电池即可达到500~700Wh/kg的目标,现阶段的成本反而更低。
所以如果单纯为能量密度选择硅基负极,性价比不高。而磷基负极的快充特性则是最稀缺的。
精彩讨论
江南雾雨2022-11-22 06:48固态电池要用五硫化二磷
兴发集团目前有1万吨五硫化二磷的产能,有生产固态电池电解质的优势,今后肯定会生产固态电池电解质Li3PS4(硫代磷酸锂)。
Li3PS4(硫代磷酸锂)固态电解质的制备方法。Li3PS4(硫代磷酸锂)是由Li2S(硫化锂)和P2S5(五硫化二磷)在几种作为络合物形成介质含羰基官能团的有机溶剂中,通过液相振荡法反应制得。
Li3PS4(硫代磷酸锂)固体电解质的全固态锂硫电池具备优异的性能,可实现900Wh/L的高能量密度、1000次以上的充放电循环以及95%以上的库伦效率、安全性能好。可取代传统锂离子电池,特别适合电动运输汽车、电力存储等用途,具有广阔的应用前景。
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《十年磨一剑》:
十多年前,有了酚醛树脂;
六年前,有了生物质石墨烯;
四年前,投资1个亿有了电池电容,但勉强维持;
再有一个月,有了大庆生物炭量产。
……
酚醛树脂,石墨烯,生物炭,电池,
能够同时拥有这四样——
钠离子电池硬碳负极!
这不是老天爷的杰作和美意吗?!
发🐶这两天逆锂电池和大盘,是超跌反弹,还是机构重新进场有待观察