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揚(yáng)州晶櫻光電科技有限公司 2024-12-17 點擊905次
純硅負(fù)極在充放電過程中體積膨脹率過高是負(fù)極材料難題，對于無定形硅、多晶硅、單晶硅的表現(xiàn)不一樣及相關(guān)機(jī)理如下：
區(qū)別
?無定形硅：原子排列無序，不存在規(guī)整的晶格結(jié)構(gòu)，充放電過程中各方向的膨脹相對較為均勻，但由于其本身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，體積膨脹率可能更高，一般會達(dá)到 300% 左右 。
?多晶硅：由許多不同排列方向的單晶粒組成，存在大量晶界。在充放電時，由于晶界處原子排列不規(guī)則，會成為應(yīng)力集中點，使得硅顆粒在這些位置更容易發(fā)生破裂和粉化，進(jìn)而導(dǎo)致整體體積膨脹，其膨脹率也比較高，接近 300%3 。
?單晶硅：原子排列高度規(guī)整且周期性延續(xù)，具有較少的晶格缺陷，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。在充放電過程中，雖然也會因鋰嵌入導(dǎo)致體積膨脹，但膨脹方向相對較為一致，且由于其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對膨脹有一定的抑制作用，其體積膨脹率相對較低，約為 200%-250% 左右 。
機(jī)理
?無定形硅：在充放電過程中，鋰離子嵌入無定形硅時，會破壞原有的原子間鍵合，使硅原子間的距離增大，同時由于其原子排列無序，沒有固定的晶格限制，各個原子都有較大的自由度來調(diào)整位置以容納鋰離子，從而導(dǎo)致整體體積大幅膨脹。并且，由于無定形硅中的部分原子含有懸空鍵，這些懸空鍵在與鋰離子相互作用時，也可能會引起局部結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步變形和膨脹 。
?多晶硅：多晶硅中的每個單晶粒在充放電時都會像單晶硅一樣發(fā)生體積膨脹，但由于不同單晶粒的晶體取向不同，膨脹方向不一致，在晶界處會產(chǎn)生相互擠壓和錯動，這種不均勻的膨脹會導(dǎo)致晶界處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力超過材料的承受極限時，晶界就會出現(xiàn)裂紋和破碎，使得硅顆粒逐漸粉化，進(jìn)一步加劇了體積的膨脹.
?單晶硅：單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整，鋰離子在嵌入時，主要是沿著特定的晶格方向進(jìn)行擴(kuò)散和嵌入，導(dǎo)致硅原子在這些方向上的間距增大，從而引起體積膨脹。雖然其膨脹率相對較低，但由于單晶硅的高強(qiáng)度和高硬度等特性，這種膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力可能會對電極材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生較大影響，如導(dǎo)致電極材料的開裂和脫落等.
硅晶粉，它的晶態(tài)是它勝出其他材料的根本。