Обзор Кремний-углерод Анод: Неизбежный выбор за пределами ограничений графита
Графитовый анод достигает предела своих возможностей
В настоящее время графит занимает доминирующее положение среди анодных материалов для литиевых аккумуляторов, занимая более 80% рынка. Его теоретическая ёмкость составляет 372 мА·ч/г, а практическая — около 360 мА·ч/г, что практически соответствует теоретическому пределу.
Однако, поскольку электромобили, электроника 3C и системы накопления энергии всё чаще требуют более высокой плотности энергии и более быстрой зарядки, графитовые аноды больше не могут удовлетворить этим требованиям. Поэтому кремниевые аноды стали единственным масштабируемым решением следующего поколения.
Сверхвысокая теоретическая емкость кремния — 4200 мАч/г
Кремний обладает теоретической ёмкостью, превышающей 4200 мА·ч/г, что более чем в 10 раз превышает ёмкость графита, низким потенциалом литиирования (0,3–0,5 В по сравнению с Li/Li+) и превосходной скоростью зарядки. Более того, кремний — второй по распространённости элемент в земной коре, что делает его широкодоступным и конкурентоспособным по цене.
Однако его главный недостаток заключается в расширении объёма 300% при литиировании, что приводит к измельчению частиц, разрыву плёнки SEI и значительному снижению ёмкости (всего 300–500 циклов). Начальная кулоновская эффективность (ICE) также относительно низкая (65–85% против 90–94% у графита).
Преимущества и проблемы кремний-углеродных анодов: высокая энергия встречает технические барьеры
Преимущества
- 20–50% Более высокая плотность энергии: В сочетании с катодами с высоким содержанием никеля аноды Si–C обеспечивают плотность энергии элемента, превышающую 300 Вт·ч/кг.
- Превосходная производительность быстрой зарядки: Изотропное литирование кремния обеспечивает высокоскоростную зарядку, идеально подходящую для смартфонов с искусственным интеллектом, ПК и больших цилиндрических элементов, таких как 4680.
- Обильное сырье: Силан, кремниевый порошок и SiO₂ имеют полную внутреннюю цепочку поставок, что обеспечивает безопасность ресурсов и стабильность цен.
Недостатки
- Расширение большого объема: Расширение 300% ставит системные задачи по проектированию электродов, связующих веществ, электролитов и проводящих сетей.
- Низкая начальная эффективность: Значительная потеря лития во время первого цикла требует предварительного литиирования или катодной компенсации лития, что увеличивает стоимость и сложность процесса.
- Ограниченный жизненный цикл: Усовершенствования основаны на наноинженерии, пористых углеродных структурах, эластичных связующих (например, ПАА), одностенных УНТ и электролитных добавках (FEC/VC).
- Высокая стоимость: В 2024 году цена на высококачественные Si-C-аноды составит около 200 000 иен за тонну, что значительно выше, чем на графит (30 000–50 000 иен за тонну). Снижение стоимости будет зависеть от масштабирования, локализации оборудования и собственного производства силана.
ЭПИЧЕСКИЙ ПОРОШОК: Передовой Шлифование и Классификация Решения для кремний-углеродных анодов
Имея более чем 20-летний опыт в области сверхтонкой порошковая инженерия, ЭПИЧЕСКИЙ ПОРОШОК предлагает комплексные решения для кремний-углеродных анодных материалов — от измельчение в нанометровом масштабе к точная классификация и углерод покрытие.
- Использует инертный газ струйная мельница для предотвращения окисления и загрязнения.
- Использует замкнутые системы классификации для точного размер частицы контроль.
- Поддерживает композитное шлифование нанокремния, графита и проводящего углерода.
- Предлагает настраиваемые лабораторные, пилотные и производственные линии для ускорения индустриализации.
Благодаря высокоэффективному измельчению и точной технологии классификации EPIC POWDER, кремний-углеродные анодные материалы достигают контролируемого размер частицы, стабильная структура и оптимизированная удельная площадь поверхности — обеспечивают улучшенные характеристики и снижение затрат. EPIC POWDER продолжает развивать новое поколение высокоэнергетических материалов для литиевых аккумуляторов, используя передовые решения в области обработки порошков.