硅基负极具有远超石墨的理论比容量。在诸多技术路线中,CVD(气相沉积)法硅碳在性能、成本和稳定性方面最具优势,被视为硅基负极的终局发展方向。

    多孔炭是CVD硅碳材料的骨架,对材料性能起到关键作用。

    多孔炭是一种特殊的活性炭材料,具备高度发达的孔隙结构,具有比表面积大、导电性能优良、耐酸碱腐蚀等特点。根据国际纯粹及应用化学联合会(IUPAC)的定义,其孔径可分为微孔(<2nm)、中孔(介孔)(2-50nm)、大孔(>50nm)三类。


    多孔炭在硅碳负极中作为骨架材料使用。CVD法硅碳的做法是将硅烷通入多孔炭,然后将硅烷热解生成纳米硅颗粒,使其沉积在多孔炭孔隙中生成硅碳复合材料;之后再进行碳包覆,即可用于制备负极

    硅碳负极在使用中有两个最大的问题,一是硅在嵌锂过程中体积膨胀巨大,会导致材料粉化;二是硅与电解液会发生副反应,反复生成过厚的SEI膜,消耗活性锂,降低电池首效和循环次数。通过使用基于多孔炭的CVD工艺,这两个问题都得到了很好的解决。一方面,多孔炭内部的孔隙可以缓冲硅在嵌锂过程中的体积膨胀;另一方面,碳包覆减少了硅与电解液的直接接触,抑制了SEI膜的重复生长,可以提升锂电池首次效率和循环性能。

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