硅基负极与电解液化学反应的分析与抑制策略

硅基材料因其高能量密度、适中的充放电平台以及丰富的储量成为最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料,但其较差的循环稳定性是目前硅基负极材料应用的瓶颈。目前的研究主要通过导电性改进、控制体积膨胀和改进固体电解质界面这三方面来改进材料,并取得了一定的效果。但是,目前的改进主要是从电化学的角度出发,忽略了硅基材料与电解液之间的本征化学反应。本文综述了清华大学化工系魏飞课题组近年来在硅基负极与电解液本征化学反应分析与抑制策略的系列工作,从硅基材料与电解液的反应动力学出发,发现了影响硅基负极界面稳定性的另外因素,对其进行深入研究的基础上,提出了抑制副反应的有效策略,研究了抑制本征化学反应的策略。结果表明,通过引入陶瓷包覆层形成规整人造SEI层,在保证锂离子和电子的传输前提下,可有效抑制硅基材料与电解液的化学反应。本文对硅基材料与电解液的本征化学反应的抑制提出了有效策略,为提高硅基负极材料循环稳定性提供了新思路,有效指导了硅基负极材料的发展。     

Research progress of novel binders for silicon-based anode in lithium ion battery

硅基材料由于具有超高的理论比容量,安全的嵌锂工作电位和廉价易得等诸多优点,是下一代高比能量电池体系最理想的负极材料。尽管硅基材料的研究已经进行很长时间,但是硅基材料嵌锂时巨大的体积膨胀,循环性能较差等问题一直难以得到有效解决。开发高性能硅基负极黏结剂是解决硅基材料应用问题的重要途径之一,具有“刚柔并济”结构特性的黏结剂分子能够有效抑制硅基材料结构膨胀粉化,保持电极导电网络的完整性,从而有效提升其循环性能。本文综述了硅基负极黏结剂的特性要求,新型硅基负极黏结剂的研究进展,并对该领域未来潜在的研究方向进行了展望：复合体系聚合物黏结剂的开发;特殊空间构型黏结剂的开发;新型导电黏结剂的开发;自支撑无黏结剂硅基负极的开发。     

锂离子电池硅基负极黏结剂研究进展

硅在自然界中储量丰富,其理论比容量高达4 200 mA∙h/g,已成为高能量密度锂离子电池负极材料的研究热点。但是Si作为负极材料也存在许多不足,最大的问题是电池充放电过程中,硅体积膨胀（高达300%）,导致Si基负极材料粉化脱落、电池容量迅速衰减,其循环性能尚难以满足实际需求。通过研究开发硅基负极专用黏结剂材料,可以有效抑制循环过程中硅的体积变化,维持硅负极结构稳定,提升电池循环性能。本文综述了近年来硅基负极黏结剂材料的研究进展,主要从合成高分子聚合物黏结剂、天然高分子聚合物黏结剂、导电高分子聚合物黏结剂三个方面进行详细归纳总结,并介绍了本课题组在硅基负极黏结剂方面的部分研究成果,期望能为将来的硅基负极专用黏结剂的研究和应用提供一些思路。     

硅基薄膜太阳电池技术的发展

本文综述了硅基薄膜太阳电池技术的发展历程。在分析光伏产品现状基础上指出硅基薄膜太阳电池当前面临的挑战主要是稳定效率较低,面临大幅降价的晶硅电池,其发电成本不具备优势,导致其市场份额不高。详细分析了影响硅基薄膜太阳电池效率的原因,阐述了提高硅基薄膜太阳电池稳定效率的主要技术途径是:发展新型高吸收系数宽带隙和窄带隙光伏材料、采用多结叠层电池结构和光管理设计。     

硅基薄膜太阳电池（一）

概述了硅基薄膜太阳电池所涉及的关键材料及其结构、电学和光学特性,同时结合高效率电池发展的趋势,对多结硅基薄膜太阳电池的结构设计、子电池带隙选择和影响其效率的隧穿结和陷光等方面进行了深入阐述,拟为获得高效率的硅基薄膜多结电池提供一定的技术资料。     

静电纺丝法制备硅碳纳米纤维及其在锂钠离子电池中的应用

静电纺丝法由于具有工艺简单、功能多样等优点,是一种重要的制备一维锂钠离子电池纳米结构电极材料的方法。目前,已有大量利用静电纺丝技术制备高性能电极材料的研究报道,但具有系统性和针对性的综述论文尚十分有限。碳材料是最早被研究且已实现商业化的锂离子电池负极材料,硅材料则是理论容量最高的负极材料,因此,两者一直是学术界和工业界关注的重点;但碳材料理论容量低和硅材料体积变化大的问题严重阻碍了各自更广泛的实际应用。静电纺丝技术被证明是一种可以解决上述问题的十分有效的方法。因此,本文系统地综述了静电纺丝法制备的硅基和碳基纳米纤维在锂钠离子电池负极材料上的应用和发展,重点从静电纺丝原理、硅碳材料的设计及合成、结构的调控与优化、复合材料的制备到电化学性能的提高等方面作了详细介绍和讨论,同时也指出静电纺丝法在大规模生产中的不足及未来可能的发展方向。希望此综述可以为先进储能材料（尤其是硅基和碳基纳米电极材料）的设计和制备提供一些有益的指导和帮助。     

介绍几种新的铝合金轴承材料

历来,作为内燃机滑动轴承的材料主要是锡基和铅基巴氏合金、磷青铜、锡青铜、铅青铜合金等。国外近年来在改善和发展新的轴承合金材料方面做了大量的试验研究工作,主要对有发展前途的铝基合金轴承材料做了研究和改进。现介绍如下: 一、铝硅镉系改良合金 作为内燃机滑动轴承的合金层,其使用性能优于众所周知的磷青铜、锡青铜、铅青铜、巴氏合金、铝锡系、铝硅系及铝硅镉系合金。 1.铝硅镉锆合金。主要化学成分:Si2     

硅基薄膜太阳电池(一)

概述了硅基薄膜太阳电池所涉及的关键材料及其结构、电学和光学特性,同时结合高效率电池发展的趋势,对多结硅基薄膜太阳电池的结构设计、子电池带隙选择和影响其效率的隧穿结和陷光等方面进行了深入阐述,拟为获得高效率的硅基薄膜多结电池提供一定的技术资料.     

行业资讯

正江苏协鑫硅材料获批科技成果转化专项日前,依托在江苏协鑫硅材料名下的江苏省硅基电子材料重点实验室获批研发专项,以激励其诸多科技成果转化对行业的突出贡献。江苏省硅基电子材料重点实验室总面积为3000 m~2,其中千级洁净室近200 m~2,可对硅锭、硅片表面形貌结构、微区成分、晶向结构、表面反射特征、光致发光衰减及杂质元素等进行全面     

正泰硅基叠层薄膜太阳电池研发与大规模生产新进展

介绍了正泰太阳能在硅基叠层薄膜电池上的主要技术进步,包括TCO优化、新型氧化物掺杂层的引入、弱光效应、温度系数改善等。这些技术进步使得正泰太阳能量产硅基叠层薄膜电池的稳定全面积效率达到10%。此外还讨论了组件的现场能源输出表现,从而展示硅基薄膜技术仍然是光伏产业中一个非常有竞争力的技术路线。     

基于热辨识技术的硅基防热材料高温热导率测量

硅基防热材料是高超声速飞行器防热系统用重要材料之一,但由于硅基防热材料在高温条件下存在着复杂的物理化学变化,使得高温热导率的获取变得困难,这已成为飞行器防热系统精细化设计的主要制约瓶颈。基于热导率辨识方法,设计了一种能够实现硅基防热材料高温热导率测量的试验测量装置,对硅基防热材料在常温~800℃热导率进行了测量,并将测得的热导率外推应用到其他试验状态。结果表明,测得的硅基防热材料高温热导率合理可靠,具有很高的工程精度。该试验测量装置可实现不同温度下热导率的同步测量,测量成本低,效率高,这对其他防热材料的高温热导率测量具有重要的参考价值。     

高能量锂离子电池硅基负极黏结剂研究进展北大核心CSCD

硅材料具有较高的理论容量,被视为发展高能量锂离子电池的重要材料之一。但是硅在充放电循环中体积变化较大,会导致负极材料粉化,严重影响电池的电化学性能。黏结剂作为电极的重要组成部分,对于稳定负极结构,改善电池性能具有重要作用。总结归纳了合成类聚合物、生物类聚合物等硅基负极黏结剂的研究进展,合成类聚合物主要包括聚丙烯酸类、聚偏二氟乙烯类以及导电类黏结剂,生物类聚合物主要包括羧甲基纤维素类、海藻酸钠类以及其他生物类黏结剂。分析了选择硅基负极黏结剂的条件,包括要有极性官能团、具有一定的弹性和机械强度、化学稳定性高、最好具有一定的导电性等。极性基团可以与硅表面的羟基形成氢键,增强材料之间的黏结性能,为了更好地制约硅的体积膨胀,可以对其进行改性,使其具有一定的弹性和自愈能力;也可以选择一些导电物质,使黏结剂本身具有导电性能,可以提高电极内部导电网络的稳定性并提高活性物质的含量等。本文也为黏结剂的选择和发展提供了思路。     

生物高分子在锂离子电池硅负极中的研究进展

硅因其超高的理论比容量,有望成为下一代高性能锂离子电池的负极材料.硅在充放电过程中的剧烈体积膨胀会引起颗粒粉化、SEI膜过量生长以及活性物质失去电接触等问题,最终导致容量快速衰减.开发新型硅负极黏结剂和硅碳复合是提升硅负极性能的重要策略.生物高分子材料成本低、环境友好且富含有机官能团,非常适合用来开发低成本、高性能硅负极黏结剂,也适合作为碳前体合成硅碳复合材料.本文综述了近年来基于生物高分子的硅负极黏结剂和以生物高分子为碳前体的硅碳复合材料的研究进展.本文重点介绍了基于海藻酸钠、壳聚糖、淀粉的硅负极黏结剂,总结出生物高分子基黏结剂的主要改性方法有接枝特殊官能团、与其他聚合物共混或交联.基于这些改性方法,可分别提升黏结剂的黏附性、导电子或离子能力以及实现3D网络结构的构建.本文重点归纳了以纤维素、壳聚糖、淀粉、木质素为碳前体的硅碳复合材料,分别介绍了这些复合材料的性质、结构特点,及其对电化学性能的影响.基于以上分析,本文也指出了当前基于生物高分子的硅负极黏结剂和以生物高分子为碳前体的硅碳复合材料的不足,为其下一步发展指明了方向.     

Status and research development of Si NWs/PEDOT∶PSS hybrid solar cells

硅基太阳电池作为当前主流的光伏器件,进一步降低成本并提升效率仍是人们努力的方向.基于此,一方面,可以从太阳电池材料入手,用硅纳米线阵列代替平板硅,硅纳米线阵列具有优异的光学和电学性能,可大幅减少光反射,增加光的吸收和利用,有望提高光伏器件的效率,并可降低硅原料消耗,降低材料成本;另一方面,将硅微纳结构与有机材料进行复合,充分利用两种材料的优势,制备杂化太阳电池,以达到增强稳定性,提高效率和降低成本的目的.本文概括了Si纳米线阵列SiNWs/PEDOT∶PSS杂化太阳电池的发展现状和存在的问题,并针对相应问题的解决思路和发展方向进行了讨论.     

硅基薄膜太阳电池(九)

三单结硅基薄膜太阳电池的结构和工作原理1硅基薄膜太阳电池结构在常规的单晶和多晶太阳电池中,通常用p-n结结构。但对于硅基薄膜电池,所用的材料通常是非晶和微晶材料,由于非晶硅内存在大量尾态和悬挂键等缺陷态,载流子的迁移率很低,扩散系数也很低。如果采用通常的p-n结的电池结构,光生载流子在n型和p型中性掺杂区的扩散运动非常小,将直接影响短路电流。此外,由于非晶硅p-n结耗尽层内也存在着大量的缺陷态,会导致势垒区内光生载流子的大量复合。为此,硅基薄膜电池     

道康宁有机硅材料解决方案助力光伏行业发展

实现太阳能平价上网是光伏行业发展的目标。当前,全球有很多厂商提供光伏组件材料,作为为数不多的致力于硅基材料研发和商业推广的公司之一,道康宁本着这一目标为光伏产业链提供一系列创新材料解决方案。在第五届SNEC光伏展会上,笔者对道康宁公司太阳能事业部副总裁Eric Peeters进行了采访。     

碳还原法制备棒状硅基材料及其在锂浆料电池中的应用北大核心CSCD

以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为结构导向剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,柠檬酸为碳源,采用水热法得到凝胶状二氧化硅/碳前驱体,采用旋转蒸发方式去除溶剂,通过高温热处理,得到棒状硅氧基碳负极活性材料,提高浆料体系无紧密束缚环境下硅碳材料的性能。借助X射线衍射(XRD)仪、无机元素分析(EA)仪、比表面积及孔隙度分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对棒状硅基材料进行结构和形貌表征。结果表明,合成的棒状硅基材料首尾相连,形成莲藕链束,长度约为1~3μm,直径约为200 nm,孔径为6.9 nm,比表面积为282 m^(2)/g。与管长>5μm,比表面积900 m^(2)/g,直径1~2 nm的单壁碳纳米管导电剂在电解液体系中形成长程、短程互补的多级网络,加上大量介孔的存在,有利于保持浆料悬浮稳定性。用世伟洛克电池进行电化学性能测试,电化学测试结果表明首次放电比容量为1300 mAh/g,充电比容量为726 mAh/g,首效为55.8%,在0.05 C下,循环50次充电比容量从726 mAh/g变为557 mAh/g,比容量保持率为76.7%。本工作在用P123为结构导向剂制备二氧化硅的过程中,引入碳源,得到同时具有碳包覆和碳还原二氧化硅的硅基材料,避免使用镁热还原二氧化硅,再碳包覆带来的复杂工艺流程。     

薄膜太阳电池系列讲座(10) 硅基薄膜太阳电池(二)

2掺杂问题掺杂是决定材料和器件电学性能的关键之一,希望材料的电导特性能够有序调制,即能够按照需要调节导电类型及其电导率,以满足器件性能要求。在晶体硅器件中,它的基本材料是事先预定的,随后掺杂形成的p-n结,也有成熟的工艺予以调制,因此器件的重复性可得到保证。但在薄膜硅基器件中,器件的形成伴随着材料的生长同步完成。因此其变数在各层材料形成的过程中,加之硅     

Research progress on Si/C composites as anode for lithium ion batteries

硅基负极材料具有比容量高、电压平台低、环境友好、资源丰富等优点,有望替代石墨负极应用于下一代高比能锂离子电池。但是硅的导电性较差,且在充放电过程中存在巨大的体积效应,极易导致电极极化、材料粉化、SEI膜重构、库仑效率低和容量持续衰减。硅和碳复合能很好地综合两者的优势,形成结构稳定、循环性好及容量高的负极材料。本文从不同维度的硅（SiNPs、SiNTs/SiNWs、SiNFs、Bulk Si）与碳复合这一角度,综述了硅碳复合材料在结构设计、制备工艺、电化学性能等方面的最新研究进展,并对未来的硅碳复合材料的研究工作进行了展望。     

金属纳米球对太阳能电池增强光电效应分析

使用时域有限差分法(FDTD)研究不同纳米球密集度与直径对Al和Ag纳米球硅基薄膜太阳能电池光电效应的增强作用。计算结果表明,在可见光近红外波段,Ag粒子的光谱增强吸收效率g(λ)曲线波动较Al粒子曲线波动剧烈,Ag粒子的g(λ)曲线存在明显的波峰。对于Ag和Al纳米粒子,随着粒子密集度的增加,增强吸收效率G反而减小,因此针对不同材料和尺寸的纳米球粒子应存在一个最佳的粒子密集度使其G值最大。本文研究了不同直径、材料和粒子密集度的纳米球对硅基薄膜太阳能电池的增强吸收效率的影响,望能为金属纳米粒子在硅基薄膜太阳能电池中的粒子阵列分布设计提供参考,以增强光伏电池的光电效应。