सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों के विकास और अनुप्रयोग में प्रगति

2024ABCA-8 "नई बैटरी एनोड और कैथोड सामग्री प्रौद्योगिकी और दूसरी सोडियम बैटरी प्रौद्योगिकी और बाजार विकास पर 8वां अंतर्राष्ट्रीय फोरम" 6, 7 और 8 मार्च, 2024 को सूज़ौ में सफलतापूर्वक आयोजित किया गया था। सम्मेलन सह-प्रायोजित था चाइना केमिकल एंड फिजिकल पावर सप्लाई इंडस्ट्री एसोसिएशन और 18वें इंस्टीट्यूट ऑफ चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशन द्वारा। उन्नत बैटरी सामग्री/बीजिंग यिहुई सूचना प्रौद्योगिकी कंपनी लिमिटेड, भौतिकी संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी, निंगबो सामग्री प्रौद्योगिकी और इंजीनियरिंग संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी, सूज़ौ इंस्टीट्यूट ऑफ नैनोटेक्नोलॉजी और नैनोबायनिक्स, चीनी विज्ञान अकादमी द्वारा समर्थित। साथ ही, इसने मैटवर्स लिमिटेड, थर्मो फिशर साइंटिफिक, लिंडे ग्लोबल आर एंड डी सेंटर, वॉटसन-मारलो, सीआईटीआईसी मेटल/ब्राजील माइनिंग एंड मेटलर्जी, बीवाईके, इवोनिक स्पेशलिटी केमिकल्स, ग्रुप14, सिग्ना पायनियर, झोंगके ज़िलियांग, विस्टेरिया ग्रुप, ज़ाइची का अधिग्रहण किया है। प्रौद्योगिकी, बोसेलिस और मजबूत समर्थन के अन्य सह-आयोजक। इस सम्मेलन में घरेलू और विदेशी ऑटोमोटिव उद्योग, 3सी इलेक्ट्रॉनिक्स, पावर टूल्स, सुपरकैपेसिटर, सोडियम-आयन बैटरी, पावर बैटरी, लिथियम-आयन बैटरी और संबंधित बैटरी सामग्री (सकारात्मक, नकारात्मक, डायाफ्राम, इलेक्ट्रोलाइट, प्रवाहकीय एजेंट, एडिटिव्स) से 300 उद्यमों को आमंत्रित किया गया। ), और अन्य संबंधित उन्नत सहायक उपकरण उद्यमों, सम्मेलन ने विषय के कुल 14 अध्याय, 80 विषयगत रिपोर्ट की व्यवस्था की।

पिछले कुछ वर्षों में शिपमेंट के नजरिए से, 2022 से पहले, सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड शिपमेंट और पारगम्यता अपेक्षाकृत कम है, लेकिन प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, 2023 में सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड शिपमेंट और पारगम्यता में कुछ हद तक सुधार हुआ है। उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स सहित 46 सिलेंडरों के विकास के बाद, सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड के अगले 2-3 वर्षों में विस्फोट होने की उम्मीद है।

सिलिकॉन एनोड सामग्री का अनुसंधान और विकास 1990 के दशक में शुरू हुआ, आज के सिलिकॉन ऑक्सीजन, सिलिकॉन कार्बन सामग्री औद्योगीकरण का विकास, सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक डिजाइन और सतह संशोधन है। शैक्षणिक समुदाय मुख्य रूप से संरचनात्मक डिजाइन कर रहा है, जिसमें सिलिकॉन नैनोवायर, खोखली संरचनाएं, अंडे की जर्दी संरचनाएं आदि शामिल हैं। उद्योग मुख्य रूप से अनुप्रयोग में नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के सामने आने वाली समस्याओं को हल करने के लिए रेत से भरे सिलिकॉन कार्बन, प्री-लिथियम सिलिकॉन ऑक्सीजन सहित सिलिकॉन ऑक्सीजन, नई सिलिकॉन कार्बन सामग्री सहित मिश्रित संरचनाएं बनाता है। सिलिकॉन-आधारित एनोड सामग्री के अनुप्रयोग में सबसे आवश्यक समस्या मात्रा विस्तार है। भौतिक पक्ष से, एक मिश्रित है, दूसरा नैनो है, समग्र मुख्य रूप से सिलिकॉन मिश्र धातु, सिलिकॉन ऑक्साइड सामग्री से बना है, विस्तार को आसान बनाने के लिए धातु या सिलिकॉन ऑक्साइड मैट्रिक्स में सिलिकॉन को फैलाकर, लेकिन इन सामग्रियों में कई तरह की समस्याएं हैं, सिलिकॉन सामग्री की नवीनतम पीढ़ी एक नए प्रकार का सिलिकॉन कार्बन है। यह मुख्य रूप से सिलिकॉन कार्बन सामग्री बनाने के लिए नैनो और मिश्रित को संयोजित करने के लिए सीवीडी तकनीक का उपयोग है। बेशक, सेल अंत भी इसी डिजाइन करेगा, जिसमें सेल संरचना डिजाइन, रासायनिक प्रणाली, सूत्र अनुकूलन शामिल है।

सिलिकॉन सामग्री के अनुसंधान और विकास की स्थिति का परिचय दिया गया है। इन वर्षों में, सिलिकॉन एनोड अनुसंधान और विकास सामग्री की चार पीढ़ियों तक पहुंच गया है। पारंपरिक सिलिकॉन ऑक्सीजन सहित सिलिकॉन कार्बन की पहली पीढ़ी का उपयोग मुख्य रूप से इसकी लागत लाभ के कारण छोटे बिजली क्षेत्रों में किया जाता है। सिलिका, प्राकृतिक प्रथम प्रभाव की कमी के कारण, यह पूर्व-लिथियम, पूर्व-मैग्नीशियम सुधार होना चाहिए। प्री-लिथियम सिलिकॉन ऑक्साइड की तीसरी पीढ़ी को बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए धकेल दिया गया है, जिससे पहले प्रभाव की समस्या हल हो गई है, लेकिन सबसे बड़ी समस्या यह है कि लागत अनियंत्रित है, और यह विस्तार की समस्या का समाधान नहीं करती है। भविष्य के विकास के आधार पर, वाष्प-जमा सिलिकॉन कार्बन, विस्तार दर छोटी है, सैद्धांतिक लागत कम है, इसलिए वर्तमान अनुसंधान और विकास प्रयासों में वृद्धि हुई है। यह रिपोर्ट मुख्य रूप से संबंधित रिपोर्ट करने के लिए प्री-लिथियम सिलिकॉन ऑक्सीजन और गैस चरण जमा सिलिकॉन कार्बन पर केंद्रित है।
हम पहले स्थान पर {0}}.8 वोल्ट की परवाह क्यों करते हैं? उदाहरण के तौर पर 6{8}}0mAh/g सिलिकॉन नकारात्मक सामग्री के साथ टर्नरी पॉजिटिव इलेक्ट्रोड लेते हुए, भले ही तीन-इलेक्ट्रिक लेवल सिस्टम में वोल्टेज 2.5 वोल्ट पर रखा गया हो, नकारात्मक इलेक्ट्रोड अधिकतम 0.8 वोल्ट तक ही चल सकता है . इसलिए, सेल डिज़ाइन के लिए सिलिकॉन नकारात्मक 0.8 वोल्ट डेटा अधिक महत्वपूर्ण है।
प्री-लिथियम सिलिकॉन ऑक्साइड कैसे करें? प्रीलिथियम सामग्री की वृद्धि के साथ, यह अपरिहार्य है कि विभिन्न सिलिकेट चरण बनेंगे, और जब आगे प्रीलिथियम 414 चरण बनाता है, तो चरण आरेख से यह पाया जा सकता है कि अनिवार्य रूप से लिथियम सिलिकॉन मिश्र धातु का उत्पादन होगा, जो प्रभावित करेगा सामग्री का भंडारण और स्थिरता, और प्रसंस्करण के लिए अनुकूल नहीं है। और क्या प्री-लिथियम सिलिको के बाद विस्तार में सुधार किया जा सकता है? सैद्धांतिक गणना से, यह पाया जा सकता है कि वास्तव में, लिथियम सामग्री की वृद्धि के साथ प्री-लिथियम सिलिकॉन ऑक्सीजन का मात्रा विस्तार महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदलता है। इसके विपरीत, प्री-लिथियम सिलिका के कारण होने वाली अवशिष्ट क्षार की समस्या बाइंडर के बंधन प्रदर्शन को प्रभावित करेगी, लेकिन इस टुकड़े के विस्तार को खराब कर देगी।

प्री-लिथियम सिलिकॉन सामग्री कैसे बनाएं? मुझे लगता है कि लिथियम सिलिकेट चरण को नियंत्रित करने के लिए मुख्य कारक, सबसे पहले लिथियम खराब चरण को कम करना है, क्योंकि यह लिथियम आयन से सकारात्मक इलेक्ट्रोड खाएगा, दूसरा लिथियम समृद्ध चरण के गठन से बचना है, क्योंकि यह प्रभावित करेगा प्रसंस्करण प्रदर्शन, इसलिए हम सोचते हैं कि प्री-लिथियम सिलिकॉन ऑक्साइड मुख्य रूप से 213 चरण है।
दूसरा इसके सिलिकॉन क्रिस्टल आकार को नियंत्रित करना है, हम सिलिकॉन क्रिस्टल आकार को यथासंभव छोटा बनाने की कोशिश करते हैं, 5 नैनोमीटर से कम, यहां तक ​​कि अनाकार अवस्था तक, ताकि आप तनाव संचय को कम कर सकें, और अंततः लिथियम चक्र में सुधार कर सकें।
तीसरा सतह के अवशिष्ट क्षार को नियंत्रित करना है, यदि अवशिष्ट क्षार बहुत अधिक है, तो यह अपने बंधन प्रदर्शन को कम करने के लिए बाइंडर के साथ प्रतिक्रिया करेगा, और फिर इसके परिसंचरण को प्रभावित करेगा। यदि कोटिंग के बिना, सतह के अवशिष्ट क्षार को कम कर दिया जाए, तो भी इसकी गैस उत्पादन समस्या का समाधान नहीं किया जा सकता है। इसलिए, हमें प्रसंस्करण को और बेहतर बनाने के लिए सामग्री में संबंधित संशोधन करने की भी आवश्यकता है, जैसे कि आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले फास्ट आयन कंडक्टर या कार्बन क्लैडिंग। हालाँकि, हमें तदनुसार कोटिंग की ताकत को अनुकूलित करने की भी आवश्यकता है, क्योंकि यदि ट्विन-स्क्रू घोल का उपयोग किया जाता है, तो कणों के बीच या कणों और उपकरणों के बीच टकराव हो सकता है, जिससे सामग्री कणों की सतह का विनाश हो सकता है, और अंततः स्लरी भंडारण प्रक्रिया के दौरान उत्पादन गैस का उत्पादन किया जाएगा।