Solutions for the problems of silicon–carbon anode materials for lithium-ion batteries

Abstract

Lithium-ion batteries are widely used in various industries, such as portable electronic devices, mobile phones, new energy car batteries, etc., and show great potential for more demanding applications like electric vehicles. Among advanced anode materials applied to lithium-ion batteries, silicon–carbon anodes have been explored extensively due to their high capacity, good operation potential, environmental friendliness and high abundance. Silicon–carbon anodes have demonstrated great potential as an anode material for lithium-ion batteries because they have perfectly improved the problems that existed in silicon anodes, such as the particle pulverization, shedding and failures of electrochemical performance during lithiation and delithiation. However, there are still some problems, such as low first discharge efficiency, poor conductivity and poor cycling performance, which need to be improved. This paper mainly presents some methods for solving the existing problems of silicon–carbon anode materials through different perspectives.

Thermal safety studies of high energy density lithium‐ion batteries under different states of charge

“…However, the alloying reaction of Si and Li will also bring multiple problems . The larger‐than‐300% volume change during the alloy–de‐alloying reactions causes pulverization of Si particles, disintegration of the electrode, and excessive growth of the solid electrolyte interface, leading to capacity fading and structural safety concerns …”

“…29,30 The larger-than-300% volume change during the alloy-de-alloying reactions causes pulverization of Si particles, disintegration of the electrode, and excessive growth of the solid electrolyte interface, leading to capacity fading and structural safety concerns. 31,32 At present, the studies about battery safety are mainly focused on only cathodes or anodes, and many studies just concentrate on coin-type half-cells as the research object. [33][34][35] In practical application, whether a battery is safe is determined by whether a full cell can be safe under both normaluse conditions and abuse conditions, with the key factor affecting safety being the battery's state of charge (SOC).…”

Влияние Термообработки На Свойства Композитных Кремний-Углеродных Анодов Для Литий-Ионных Аккумуляторов

“…Для отрицательных электродов наибольший интерес представляют кремний-углеродные нанокомпозиты, которые могут обеспечить высокие значения емкости, скорости перезарядки и циклического ресурса [1]. Предложены различные способы получения таких композитов, при которых побочным продуктом может быть карбид кремния [2]. До недавнего времени существовало общее мнение о том, что Li не способен внедряться в карбид кремния [3], и при изготовлении композитных анодов Si−C старались избегать образования SiC [4].…”

Карбонизация Нанокристаллического Кремния С Помощью Фторуглерода

“…В ряде случаев, когда востребованными оказываются Si-частицы малых размеров (например, в качестве материала отрицательных электродов литийионных аккумуляторов), отсутствие электропроводности становится основным препятствием к их практическому использованию [1,2]. Эта проблема может быть решена путем создания композитов нанокремния с углеродом [3]. Наиболее распространенным методом карбонизации кремниевых наночастиц является пиролитическое осаждение на них углерода из газообразных углеводородов и других органических веществ.…”

“…3), имеет различное происхождение и разную локализацию по отношению к частицам кремния. Это, во-первых, элементарный углерод, содержавшийся в исходном фторугa -плотность таблеток до и после отжига в зависимости от состава исходной смеси CFx + Si.…”