用微波剥离法提高锂离子电池生产效率

Adianano微波剥离法用于合成用于锂离子电池生产的硅碳纳米复合材料，效率很高，并且不需要复杂的设备。

根据全球环境趋势，欧盟正在大力推动绿色工业。气候的变化主要是由二氧化碳的排放引起的，交通排放的温室气体占所有温室气体排放量的26%，其中77%是由公路运输产生的。

由于这些因素，汽车行业已将重点转向电动汽车(EV)。然而，由于消费者担心电动汽车的动力来源锂离子电池(LIB)内部使用的材料已达到最大用量，会无法满足他们的需求，因此销量不足。此外，电动汽车需求的增长导致锂离子电池生产过程中产生大量二氧化碳排放。如果电池的总容量和寿命增加，就可以得到缓解。

锂电池的性能主要取决于电池阳极的材料。目前，石墨是最流行的商用阳极材料。然而，这种材料相对较低的容量限制了它的进一步发展。硅基阳极材料因其高功率密度成为下一代锂离子电池生产的热门候选材料。硅是锂离子电池生产的阳极材料，可以替代石墨。其理论比容量为4212mah/g，而石墨的理论比容量为372mah/g。

然而，基于纳米硅的复合材料的高初始容量随着循环迅速下降，这与硅的锂化-脱锂过程中其体积增加三到五倍有关。这种膨胀导致阳极材料开裂并破坏与集电器的接触。

来自不同国家的研究人员提出了许多提高基于纳米硅的阳极效率的方法。

锂离子电池的降解机制复杂，受多种因素影响，其中最主要的是硅纳米颗粒的团聚及其体积变化，导致硅纳米颗粒与碳材料之间失去接触，从而导致锂离子电池在循环过程中发生降解。

石墨烯中的硅纳米颗粒团块

Adianano提出了一种通过微波 (MW) 剥离合成硅碳纳米复合材料的方法。通过选择前躯体、微波辐射的操作参数、组成和氩-甲硅烷气体混合物的压力，可以合成硅-碳复合材料。

12-16纳米硅纳米颗粒在石墨烯层之间的分布

1.硅纳米颗粒在多层石墨烯层中均匀分布（在材料体积上没有颗粒聚集）；

2.获得含有宽范围浓度（5-80%）n-Si的复合材料的可能性。这使得合成具有所需特性的锂离子电池负极材料成为可能；

3.硅碳复合材料的微波合成一步完成，速度快，目标产物收率达100％。

开发了微波合成锂离子电池用硅碳复合材料的新技术。一个显著的特点是，在微波辐射的作用下，前驱体(二氟化石墨)的剥落导致单硅烷的分解，并在石墨烯层上形成硅纳米颗粒。

该研究的一个重要成果是能够控制目标产品的性质：复合材料中硅的质量含量、硅纳米颗粒的尺寸、它们的相组成以及在多层石墨烯层间空间中的分布。

该工艺的主要参数——嵌入物的类型、含甲硅烷的气体混合物的压力以及暴露于微波辐射的功率和时间——根据目标产品所需的特性进行选择。

所提出的合成硅碳纳米复合材料的方法提供了100%的目标产品收率，不需要复杂的设备和高素质的工作人员，并且可以扩大规模并用于工业生产。

文章来源：INNOVATION NEWSNETWORK

原文始发于微信公众号（锂电产业通）：用微波剥离法提高锂离子电池生产效率