エネルギー移行の波の中で、バッテリー技術の革新が多くの分野で開発を推進するために重要になっています。シリコン-リチウム-イオンバッテリーアノード材料の新星であるカーボンアノード材料は、徐々に出現しており、バッテリーの性能を改善し、既存のエネルギー密度ボトルネックを破壊するための新たな希望を提供します。彼らの発展はかなりの注目を集めています。
I.シリコンの概要-炭素アノード材料
（i）定義と構成
シリコン-炭素アノード材料は、特定の方法でシリコン（SI）と炭素材料を組み合わせて形成される新しいアノード材料です。非常に高い理論的特異的容量（約4200 mAh/g）を備えたシリコンは、従来のグラファイトアノード材料（理論的特異的容量約372 mAh/g）のそれをはるかに超えており、バッテリーエネルギー密度を高めるのに理想的な選択肢となっています。ただし、シリコンは、充電および排出中に300％を超えるボリュームの拡大を経験しています。これは、バッテリーでの実用的なアプリケーションを厳しく制限する欠点です。一方、炭素材料は、優れた導電率、安定性、ある程度の柔軟性を備えています。それらをシリコンと組み合わせることで、シリコンの体積の変化を効果的に緩和し、電極構造の安定性を改善します。 2つの材料は互いに補完し、一緒にシリコン-炭素アノード材料のコアシステムを形成します。
（ii）開発の背景
技術の急速な進歩により、さまざまな電子機器と新しいエネルギー車両が、エネルギー密度や範囲など、バッテリーの性能によりますます需要が高まっています。長年の開発の後、従来のグラファイトアノード材料のパフォーマンスは理論的な制限に達し、バッテリーのパフォーマンスのさらなる改善に対する市場の需要を満たすことが困難になりました。この背景に対して、科学者はシリコン-ベースの材料に注意を向け、継続的な探査を通じて、シリコン-炭素アノード材料を開発しました。
ii。シリコンの技術的利点-炭素アノード材料
（i）高エネルギー密度
上記のように、シリコンの高い特異的容量により、シリコン{-炭素アノード材料がより多くのリチウムイオンをバッテリーに保存し、バッテリーのエネルギー密度を大幅に改善します。従来のグラファイトアノードバッテリーと比較して、シリコンを装備したバッテリー{-炭素アノード材料は、電子デバイスの長持ちするバッテリー寿命と電気自動車のより長い駆動範囲を提供することができます。これにより、電子機器のバッテリー電力が不十分であるという懸念と、電気自動車の「範囲不安」が効果的に軽減されます。
（2）低い-温度パフォーマンスを改善しました
調査により、シリコン-炭素陽極材料は、低温でグラファイトアノード材料よりも優れたサイクリング安定性を示すことが示されています。寒い冬では、シリコンを使用した携帯電話と電気自動車は、{-}炭素アノード材料を効果的に緩和することができ、デバイスが低-温度環境で正常に動作し続けることができるようにし、ユーザーエクスペリエンスを大幅に改善します。
（3）高速充電を促進します
充電プロセス中に、リチウムイオンは優先的にシリコンに埋め込まれ、グラファイトの中間層に埋め込まれました。シリコンのこの特性-炭素アノード材料は、アノードの平均ポテンシャルを増加させ、リチウムメッキの確率を低下させ、迅速な充電を促進し、迅速なバッテリー補充のためのユーザーの要求を満たします。
炭素アノード材料の準備プロセス
（i）機械式ボールミリング
機械式ボールミリングは、比較的伝統的な準備方法です。シリコンパウダーやカーボンパウダーなどの原材料をボールミルに配置することが含まれます。粉砕ボールの高い-速度回転により、原料粒子が衝突、混合、洗練され、シリコンと炭素の複合を実現します。この方法は比較的単純で低い-コストですが、均一性の不十分な混合や粒子サイズの正確な制御の難しさなどの問題に悩まされ、結果として生じるシリコン-炭素ゾード材料の性能安定性が限られています。
（ii）化学蒸着（CVD）
近年、CVDに代表される新世代の準備プロセスが徐々に現れています。 CVDでは、シランガスが高温で熱分解され、多孔質炭素の細孔内のシリコンナノ粒子の沈殿と均一な分散が生じます。この多孔質炭素フレームワークは、電荷と排出中のシリコンの拡大を大幅に軽減するだけでなく、急速なリチウムイオン輸送の経路も提供し、材料の高速-充電パフォーマンスを効果的に改善します。
シリコン- CVDメソッドによって調製された炭素陰極電極材料は、低膨張速度、優れたサイクル性能、エネルギー密度の高い利点があり、次世代のシリコン-}炭素陰極電極材料の主流準備ルートと見なされます。