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硅碳复合材料的制备及其碳材料改性研究进展
1
作者 孙睿达 麦毅 《化工新型材料》 北大核心 2026年第3期53-58,共6页
硅基负极材料因高理论容量和资源丰富被视为锂离子电池发展的重要方向,但硅基负极材料循环过程中巨大的体积膨胀导致的结构粉化与界面失效等问题严重制约了其实际应用。硅碳复合材料通过碳基体的机械缓冲与导电网络的协同作用,有效抑制... 硅基负极材料因高理论容量和资源丰富被视为锂离子电池发展的重要方向,但硅基负极材料循环过程中巨大的体积膨胀导致的结构粉化与界面失效等问题严重制约了其实际应用。硅碳复合材料通过碳基体的机械缓冲与导电网络的协同作用,有效抑制了体积效应并提升了电化学性能。研究表明,溶胶-凝胶法、喷雾干燥法及化学气相沉积法等工艺可调控多维碳网络与界面特性,显著改善循环稳定性与倍率性能。综述了硅碳复合材料中石墨、石墨烯、碳纳米管及生物质碳等碳材料的改性研究进展,总结了硅碳复合材料的性能优化策略,并展望了高能量密度硅碳复合材料的产业化前景。 展开更多
关键词 锂离子电池 硅碳复合材料 负极材料 多维碳网络 电化学
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电极界面与机械结构协同优化提升硅碳负极循环稳定性研究
2
作者 杨林涛 陶刚义 +3 位作者 侯龙 张鑫 王小雨 刘月颖 《中国设备工程》 2026年第3期142-143,共2页
硅碳复合材料的本征性能需通过合理的电极制备与电池组装工艺方能充分体现。本文系统研究了黏结剂体系、导电剂类型、电解液添加剂、电极负载量及电池机械结构等因素对硅碳负极储锂性能的影响规律。研究发现,采用PVDF黏结剂与有机溶剂... 硅碳复合材料的本征性能需通过合理的电极制备与电池组装工艺方能充分体现。本文系统研究了黏结剂体系、导电剂类型、电解液添加剂、电极负载量及电池机械结构等因素对硅碳负极储锂性能的影响规律。研究发现,采用PVDF黏结剂与有机溶剂体系、添加1wt%SCNT导电剂、并使用10wt%FEC作为电解液添加剂,能显著提升电极的首次库伦效率与循环稳定性。同时,采用弹片垫片而非泡沫镍作为电池支撑结构,可有效适应硅的体积变化,维持界面接触,从而将硅碳材料在500mAg^(-1)下的循环寿命提升至170次以上。本研究为最大化发挥硅碳负极性能提供了全面的电极工艺解决方案。 展开更多
关键词 硅碳负极 电极制备 黏结剂 电解液添加剂 支撑结构 循环寿命
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超快充硅碳负极材料量产
3
作者 无 《轻金属》 2025年第3期7-7,共1页
2025年1月30日,贝特瑞推出“第三代纳米硅碳复合负极”,其性能参数:比容量达1800 mAh/g;支持6C快充(10分钟充至80%);膨胀率<5%。应用场景为配套宁德时代麒麟5.0电池,能量密度突破500 Wh/kg,首搭小米SU7等车型。
关键词 贝特瑞 硅碳负极材料 纳米硅碳复合负极
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镁热还原法制备多孔硅碳复合锂电池负极材料 被引量：1
4
作者 孙超群 安玉良 +1 位作者 谢驰 孔汉文 《功能材料》 北大核心 2025年第7期7170-7174,共5页
以白炭黑为基料,通过镁热还原法制备出多孔硅,再将多孔硅与石墨颗粒复合制备出多孔硅碳复合材料。通过XRD、BET和SEM对制备出的材料进行结构形貌表征,结果表明多孔硅材料表面疏松多孔且分布均匀,此结构可以有效缓解硅颗粒的体积膨胀效应... 以白炭黑为基料,通过镁热还原法制备出多孔硅,再将多孔硅与石墨颗粒复合制备出多孔硅碳复合材料。通过XRD、BET和SEM对制备出的材料进行结构形貌表征,结果表明多孔硅材料表面疏松多孔且分布均匀,此结构可以有效缓解硅颗粒的体积膨胀效应;并对硅碳复合材料进行电化学性能测试分析,结果显示镁热还原制备的硅碳复合负极材料具有较好的电化学性能,首次放电比容量为529 mAh/g, 30次循环后,可逆效率为99.47%,以上结果表明多孔硅与石墨复合改善了材料导电性而提高其电化学性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 负极材料 镁热还原 硅碳复合 多孔硅
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CVD法制备锂离子电池硅碳负极研究进展
5
作者 李雪荣 曹轲 +4 位作者 赵喜哲 王彦君 顾广安 刘见华 万烨 《材料工程》 北大核心 2025年第7期83-93,共11页
锂离子电池已成为能源领域不可或缺的重要储能体系。开发具有高能量密度、长寿命、低成本的锂离子电池是当今电池科研领域的一项核心挑战。硅材料有着4200 mAh·g^(-1)的理论容量及低廉的成本,使其成为最有潜力的负极候选材料之一,... 锂离子电池已成为能源领域不可或缺的重要储能体系。开发具有高能量密度、长寿命、低成本的锂离子电池是当今电池科研领域的一项核心挑战。硅材料有着4200 mAh·g^(-1)的理论容量及低廉的成本,使其成为最有潜力的负极候选材料之一,然而硅在充放电循环中高达近300%的体积膨胀严重阻碍了其商业化进程。迄今为止,硅碳负极材料的制备技术已经历3次迭代。本综述介绍了CVD法在三代硅碳负极材料制备中的应用,并从材料结构设计、实验方法、反应过程机理、材料性能等方面展开讨论。最后,总结了三代硅碳负极材料制备技术的优势及劣势,并对未来高能量密度锂离子电池中硅碳负极的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 硅碳复合材料 硅负极 化学气相沉积法 负极材料 锂离子电池
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化学气相沉积法制备硅碳负极的研究进展 被引量：1
6
作者 邓拓 周海平 +3 位作者 刘煜 刘畅 李梓恺 吴孟强 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第9期3354-3372,共19页
硅因具有高的理论比容量、高的元素丰度以及环境友好等特点而成为当前锂离子电池最有潜力的负极之中备受关注的材料,但由于其低导电性、体积膨胀、电极粉化等问题限制了其大规模应用。为解决以上问题,一方面可以通过尺寸效应将硅颗粒纳... 硅因具有高的理论比容量、高的元素丰度以及环境友好等特点而成为当前锂离子电池最有潜力的负极之中备受关注的材料,但由于其低导电性、体积膨胀、电极粉化等问题限制了其大规模应用。为解决以上问题,一方面可以通过尺寸效应将硅颗粒纳米化,当粒径小于150 nm时,可显著抑制材料在充放电过程中的粉化现象,同时缓解其体积膨胀效应;另一方面,通过高强度材料的限域作用,束缚硅的体积膨胀并提高导电性。化学气相沉积(CVD)法制备的硅碳复合材料综合了两者优点,通过多孔碳基体的丰富微孔结构实现硅颗粒的原位限域生长,同时得益于碳材料优异的导电性能和机械强度,使得CVD硅碳复合材料作为负极展现出卓越的比容量和循环稳定性。这种独特的结构设计和性能优势使其成为新一代硅碳负极材料领域备受关注的前沿制备技术。然而,当前针对CVD硅碳负极的系统性研究仍显不足,其研究体系尚未形成完整框架,特别是在沉积动力学机制(如碳基体结构对沉积动力学的调控作用、硅沉积的微观结构演变规律)与工程化应用之间的构效关系方面,相关关键机理尚未完全阐明。基于上述研究背景,本文系统梳理了CVD硅碳负极技术的研究体系,建立多维分析框架:(1)碳基体结构与硅源特性对沉积动力学的协同调控机制;(2)高能量密度电极的界面工程策略与结构优化方法;(3)规模化制备工艺的关键技术瓶颈。通过整合现有研究成果,构建了从基础研究到工程应用的知识体系,揭示现阶段产业化进程中的核心矛盾,并提出工艺优化路径,为新一代CVD硅碳负极的理性设计与可控制造提供科学指导。 展开更多
关键词 硅碳负极 化学气相沉积 锂离子电池 多孔碳
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无溶剂法低温制备双碳包覆多孔硅碳负极材料及储锂性能研究
7
作者 易国刚 吴耀应 俎喜红 《无机材料学报》 北大核心 2025年第12期1379-1386,共8页
针对锂离子电池硅碳负极体积膨胀大、循环稳定性差、导电性不佳、能耗高等问题,本研究以纳米硅为活性物质、石墨为导电载体、沥青为碳前驱体、氯化钾为造孔模板剂,采用绿色节能的无溶剂法在较低温度下制备了多孔硅碳负极材料P-Si@G@C,... 针对锂离子电池硅碳负极体积膨胀大、循环稳定性差、导电性不佳、能耗高等问题,本研究以纳米硅为活性物质、石墨为导电载体、沥青为碳前驱体、氯化钾为造孔模板剂,采用绿色节能的无溶剂法在较低温度下制备了多孔硅碳负极材料P-Si@G@C,并研究了其作为锂离子电池负极的性能,对比分析了不同结构硅碳负极的性能差异,阐明了构效关系。结果表明,用石墨载体锚定硅纳米颗粒(Si@G),有利于提高电极材料整体导电性,加快电子传输速率,并抑制纳米硅的体积膨胀;在Si@G表面包覆多孔碳壳层,大大减少了硅的体积膨胀,并加快了锂离子和电子的传输速率。相比Si@G和未造孔的Si@G@C硅碳负极材料,P-Si@G@C负极材料所构建的电池呈现出更优异的电性能。电池的首次库仑效率高达85.8%;在0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 A·g^(–1)电流密度下,电池比容量分别高达1403.6、1291.7、1206.1、1093.6、868.4和609.5 mAh·g^(–1),且比容量恢复率达98.3%,倍率性能优异;在1.0 A·g^(–1)下循环200圈仍具有770.7 mAh·g^(–1)的比容量,表现出优异的长循环稳定性。 展开更多
关键词 锂离子电池 硅碳负极 双碳包覆 多孔壳层 储锂机制
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气相沉积硅碳中硅结晶度对电化学性能的影响
8
作者 袁新烨 邢显博 +4 位作者 刘登华 丁伟涛 范博瑞 钟华 韩凯 《化工学报》 北大核心 2025年第12期6708-6717,共10页
硅作为高能量密度锂离子电池的新一代负极材料,其商业化应用的关键技术路径之一是与碳材料复合构建核壳结构的硅碳材料。如何实现硅晶粒形态的精确控制是当前硅碳材料产业化量产过程中的难题之一。采用化学气相沉积法将纳米/亚纳米尺寸... 硅作为高能量密度锂离子电池的新一代负极材料,其商业化应用的关键技术路径之一是与碳材料复合构建核壳结构的硅碳材料。如何实现硅晶粒形态的精确控制是当前硅碳材料产业化量产过程中的难题之一。采用化学气相沉积法将纳米/亚纳米尺寸硅均匀沉积在多孔碳基体中制备气相沉积硅碳复合材料,通过调控最终碳层封装温度实现了硅结晶度的可控调节。结果表明,拉曼光谱技术较X射线衍射方法在硅结晶度表征方面具有更高的灵敏度与准确率优势;碳层封装温度影响硅碳中硅的结晶度水平,硅结晶度升高会对材料的整体电化学性能有负面影响。碳层封装温度在550℃时制备的硅碳表现出1599 mAh·g^(-1)的首圈放电容量和91.62%的首次库仑效率,升高到800℃时降低到了709 mAh·g^(-1)和80.97%。研究结果为气相沉积硅碳材料量产过程实现硅结晶度的准确控制提供了可靠方法,可实现高性能低结晶度硅碳负极量产过程中的高精度一致性管控。 展开更多
关键词 电化学 复合材料 粉体 硅负极 气相沉积硅碳 拉曼光谱 锂离子电池
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硅碳复合材料及高能量密度锂离子电池的开发与性能研究
9
作者 汤帆 罗昊 +3 位作者 吴金澈 黄春年 刘亚明 郑举功 《电源技术》 北大核心 2025年第6期1159-1167,共9页
合成了多孔硅微球,通过硅微球包覆人造石墨(AG)制备了硅碳(Si/C)复合材料。分别以Si/C和AG为负极材料,镍钴锰三元材料(NCM)为正极活性材料,制备了Si/C-LIBs和AG-LIBs两种电芯。对比分析了两种电芯的电化学性能、低温性能和安全性能。研... 合成了多孔硅微球,通过硅微球包覆人造石墨(AG)制备了硅碳(Si/C)复合材料。分别以Si/C和AG为负极材料,镍钴锰三元材料(NCM)为正极活性材料,制备了Si/C-LIBs和AG-LIBs两种电芯。对比分析了两种电芯的电化学性能、低温性能和安全性能。研究结果表明,Si/C-LIBs的能量密度、倍率性能、循环性能、低温性能比AG-LIBs的性能更优越。在0.5 C下放电,Si/C-LIBs的比能量达554 Wh/kg,比AG-LIBs提高了18.5%;Si/C-LIBs在高、低倍率下的放电容量相差更小;Si/C-LIBs在室温下循环500次后的容量保持率约为90%;-10℃下,Si/C-LIBs在0.5 C下的容量保持率为30.6%。 展开更多
关键词 硅碳负极材料 高能量密度 锂离子电池 电化学性能 安全性能
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硅碳复合材料结构设计及其在锂离子电池中的应用进展 被引量：2
10
作者 张振华 邹伟 +1 位作者 李豪 江浩庆 《河南科学》 2025年第1期23-30,共8页
新能源行业的快速发展对锂离子电池能量密度的需求提出了更高的要求。传统石墨负极容量接近理论极限,而硅材料凭借高比容量、低锂化电位和丰富储量,成为下一代高性能锂离子电池的理想选择。然而,硅材料在合金化过程中会产生巨大的体积变... 新能源行业的快速发展对锂离子电池能量密度的需求提出了更高的要求。传统石墨负极容量接近理论极限,而硅材料凭借高比容量、低锂化电位和丰富储量,成为下一代高性能锂离子电池的理想选择。然而,硅材料在合金化过程中会产生巨大的体积变化,且其较差的本征电子导电性,限制了进一步的产业化应用。通过与具有优异导电性及良好稳定性的碳材料复合可有效解决上述问题。本文基于硅材料的反应机理及体积膨胀引发的问题,阐述了硅碳复合材料的性能优势及研究进展,对包覆型、负载型以及分散型硅碳复合材料的结构设计策略进行了分析对比,并在成本、可制造性等方面对未来硅碳材料的应用进行了展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 硅碳 复合材料 结构设计
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硅碳负极在锂离子电池中的应用性能研究 被引量：1
11
作者 陈丹 孙化鹏 何兴华 《天津化工》 2025年第5期149-151,共3页
硅基材料由于其高比容量、低电压特性以及丰富的自然资源被视为新一代高比容量锂离子电池负极材料中极具应用潜力的材料,但该材料的导电性能较差,在锂离子电池充放电过程中体积膨胀较大。硅碳复合材料结合了硅的高比容量优势和碳的高导... 硅基材料由于其高比容量、低电压特性以及丰富的自然资源被视为新一代高比容量锂离子电池负极材料中极具应用潜力的材料,但该材料的导电性能较差,在锂离子电池充放电过程中体积膨胀较大。硅碳复合材料结合了硅的高比容量优势和碳的高导电性特点,同时确保材料结构的稳定性。本文综述了近年来硅基负极材料在多维度结构、硅碳复合材料制备及其应用性能方面的研究进展。 展开更多
关键词 硅碳负极材料 锂离子电池 制备 应用性能
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揭示下一代负极选择的体积膨胀机制:硅氧与新型硅碳
12
作者 李钱 李星 《山东化工》 2025年第22期44-48,53,共6页
随着新能源产业的发展,传统锂离子电池的能量密度接近理论极限。为了实现能量密度超过400 Wh·kg^(-1)的核心技术路径,特别是在准固态或固态电池系统中,需要引入硅基负极材料。目前,硅基负极材料主要分为两类:硅氧负极材料和新型硅... 随着新能源产业的发展,传统锂离子电池的能量密度接近理论极限。为了实现能量密度超过400 Wh·kg^(-1)的核心技术路径,特别是在准固态或固态电池系统中,需要引入硅基负极材料。目前,硅基负极材料主要分为两类:硅氧负极材料和新型硅碳负极材料。然而,这两种材料仍然存在不可忽视的体积膨胀问题,它们的实际应用陷入了瓶颈。本文系统地研究了硅氧负极材料和新型硅碳材料(Si@C)的体积膨胀与其微观结构、晶体结构、界面组成之间的关系,特别是在电极膨胀方面。其中,硅氧负极材料包括纯硅氧负极材料(SiO_(x))、碳包覆硅氧负极材料(SiO_(x)@C)、有硅峰预锂化硅氧负极材料(SOCLY)和无硅峰预锂化硅氧负极材料(SOCLN)。在首次深度嵌锂后,SiO_(x)、SiO_(x)@C、SOCLY、SOCLN和Si@C电极的体积膨胀率分别为169.8%,195.0%,130.1%,102.8%和90.0%。为了进一步探索这两种材料的性能和实际应用,将其与商业石墨结合,形成850 mAh·g^(-1)的负极材料,以探索两种材料在电极体积膨胀方面的差异。首次放电后,SOCLN@G850极片的体积膨胀率为72.3%并在50个循环后增加到100%;Si@C@G850极片的体积膨胀率为27.9%并在50个循环后增加到104.6%。与首次放电相比,可以看出Si@C@G850电极在多次循环后的体积膨胀率超过了SOCLN@G850,显示出其在长周期中的结构不稳定性。这些结果对于指导硅亚氧化物材料和新型硅碳材料在高能量密度固态电池中的设计和应用具有重要意义。 展开更多
关键词 锂离子电池 硅基负极 氧化亚硅 体积膨胀 新型硅碳 产业化
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负氧离子燃烧稻壳废弃物中硅碳含量测定的研究
13
作者 程群淑 王庆 《农家科技》 2025年第22期46-48,共3页
本研究针对稻壳废弃物的资源化利用难题,创新性地引入负氧离子燃烧技术,系统探究了不同燃烧条件下稻壳中硅(Si)和碳(C)的含量变化规律及其协同增效机制。通过采集5个水稻主产区的稻壳样本,结合负氧离子辅助高温燃烧(600~800℃)和化学分... 本研究针对稻壳废弃物的资源化利用难题,创新性地引入负氧离子燃烧技术,系统探究了不同燃烧条件下稻壳中硅(Si)和碳(C)的含量变化规律及其协同增效机制。通过采集5个水稻主产区的稻壳样本,结合负氧离子辅助高温燃烧(600~800℃)和化学分析手段,揭示了硅碳赋存形态与燃烧参数的定量关系。结果表明:负氧离子燃烧使SiO2提取率提升至32.1%(较常规燃烧提高12.7%),碳保留率稳定在16.0%;灰分中形成多孔α-方石英结构,比表面积达45m²/g,显著增强土壤改良性能。盆栽试验证实,添加10%稻壳灰可使水稻生物量增加23.5%。本研究为农业废弃物高值化利用提供了理论依据和技术路径。 展开更多
关键词 稻壳废弃物 负氧离子燃烧 硅碳协同 土壤改良 资源化利用
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三维弹性导离子网络丙烯酸酯基粘结剂在硅碳负极中的性能
14
作者 周仁杰 桂雪峰 +5 位作者 龚子洋 胡继文 韩亚芳 李炜乐 刘洋 黎伟欣 《广州化学》 2025年第4期1-6,共6页
通过模块化功能结构设计结合丙烯酸酯自由基聚合法成功制备了具有三维弹性导离子网络结构的聚合物粘结剂(PACR),应用于具有产业化潜力的硅碳(Si/C)负极材料。为了探究该粘结剂在结构和力学方面的性能,采用红外光谱和180°剥离力测... 通过模块化功能结构设计结合丙烯酸酯自由基聚合法成功制备了具有三维弹性导离子网络结构的聚合物粘结剂(PACR),应用于具有产业化潜力的硅碳(Si/C)负极材料。为了探究该粘结剂在结构和力学方面的性能,采用红外光谱和180°剥离力测试进行表征。采用长循环充放电和电池倍率测试对PACR和传统PVDF电极进行电化学性能对比,并以循环伏安法和电化学阻抗谱测试从电化学机理的角度加以验证。结果表明,使用了PACR粘结剂的Si/C负极具有更优越的电化学性能,首次库伦效率高达82.02%,并且在4 C高电流密度下的可逆比容量维持在356.7 mAh/g。与单一线性黏附结构不同,PACR的三维受限结构可以有效承受Si颗粒剧烈膨胀产生的应力冲击,且侧链上的功能基团通过超分子作用实现了粘结剂与Si/C材料界面的强力粘合,为负极结构的完整性提供了优良的力学性能。此外,考虑到Si/C材料本征离子电导惰性,引入的醚键基团通过配位作用协同锂离子传导,很好地弥补了这一缺陷。 展开更多
关键词 硅碳负极 丙烯酸酯 功能结构设计 离子传导网络
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N/P比对铁锂/硅碳体系全电池性能的影响
15
作者 郭旺中 于宝军 陈超 《电源技术》 北大核心 2025年第4期715-719,共5页
硅负极因有着极高的比容量而受到广泛关注,在负极中少量添加即可显著提升负极比容量,但是其巨大的体积膨胀会制约其循环寿命。在全电池中,可以通过改变N/P比来调节负极利用率,控制硅负极的嵌锂深度,从而改变电池比能量和循环性能。制作... 硅负极因有着极高的比容量而受到广泛关注,在负极中少量添加即可显著提升负极比容量,但是其巨大的体积膨胀会制约其循环寿命。在全电池中,可以通过改变N/P比来调节负极利用率,控制硅负极的嵌锂深度,从而改变电池比能量和循环性能。制作了1.09、1.06和1.03三种N/P比的聚合物软包电池,测试结果表明随着N/P比的降低,负极中硅总量减少,电池质量减轻,使电池的首次效率和比能量升高,但是在长循环测试时,硅负极嵌脱锂深度进行,体积膨胀加剧,最终导致循环寿命缩短。因此,在磷酸铁锂体系中引入硅负极,并设计合适的N/P比,有望以牺牲循环寿命为代价提升铁锂体系比能量至200 Wh/kg。 展开更多
关键词 硅碳 N/P比 磷酸铁锂 能量密度 循环寿命
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锂离子电池硅碳负极用聚酰胺酸粘结剂的制备及其性能研究
16
作者 张景洪 赵庆庆 瞿伦君 《化工新型材料》 北大核心 2025年第10期201-206,共6页
粘结剂作为电极材料中不可或缺的部分,具有固定活性物质、增强电极稳定性等作用。将4,4′-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)与2,2′-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷二胺(BAPP)通过缩聚反应得到聚酰胺酸粘结剂PAA-1,加入3,5-二氨基苯甲酸(DABA)进... 粘结剂作为电极材料中不可或缺的部分,具有固定活性物质、增强电极稳定性等作用。将4,4′-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)与2,2′-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷二胺(BAPP)通过缩聚反应得到聚酰胺酸粘结剂PAA-1,加入3,5-二氨基苯甲酸(DABA)进行共聚得到粘结剂PAA-2,将2种粘结剂分别与硅碳纳米材料、导电剂混合涂覆制作成锂离子电池负极片。通过傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪对粘接剂的结构和热稳定性进行分析,通过扫描电子显微镜观察含不同粘接剂的硅碳电极的形貌并测试了电极的电化学性能。结果表明:与商业粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)相比,PAA-1和PAA-2粘结剂与硅碳负极形成良好的交联网络结构,具备更好的粘结性能;在0.5C下充放电循环75圈后,PAA-1@Si/C和PAA-2@Si/C电极比容量分别为423.1mAh/g和437.7mAh/g,容量保持率分别为96.6%和99.8%,在5C下可逆比容量为284mAh/g,循环后形成了稳定均匀的固态电解质膜,为进一步开发硅碳负极用新型粘结剂提供了参考。 展开更多
关键词 聚酰胺酸 锂离子电池 硅碳负极 粘结剂
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新型硅碳矿纳米破乳剂的制备及其性能
17
作者 杨舒钧 王先广 +2 位作者 穆优 邵兆琪 任嗣利 《硅酸盐学报》 北大核心 2025年第12期3611-3623,共13页
为了实现在室温条件下对水包油型原油乳液的高效破乳,提出了一种利用新发现的天然微纳硅碳矿(Si—C)矿物材料制备纳米粒子(NP)破乳剂的新方法。硅碳矿的物质组成主要为亲水性的石英和疏水性的有机碳,利用其矿物组成特点制备纳米破乳剂... 为了实现在室温条件下对水包油型原油乳液的高效破乳,提出了一种利用新发现的天然微纳硅碳矿(Si—C)矿物材料制备纳米粒子(NP)破乳剂的新方法。硅碳矿的物质组成主要为亲水性的石英和疏水性的有机碳,利用其矿物组成特点制备纳米破乳剂具有天然的优势。通过简单的氧化改性获得氧化硅碳矿破乳剂(OSi—C),采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜能谱(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位、界面活性、界面张力及表面润湿性等手段对改性前后的样品组成和结构进行了分析表征。结果显示,OSi—C具有良好的双亲性、界面活性及降低油-水界面张力的能力。利用瓶试法对OSi—C纳米颗粒的破乳性能进行了评价,发现OSi—C纳米颗粒具有优异的破乳性能,在破乳剂用量1000 mg/L、pH=6时OSi—C的破乳效率可达到98.94%。对纳米粒子的破乳机制进行了深入的分析和探讨,OSi—C纳米粒子优异的两亲性和界面活性使其易于达到油-水界面,并且其表面丰富的含氧官能团使纳米粒子能够通过氢键和π—π相互作用与油-水界面的沥青质等乳化分子结合,进一步借助搅拌、振荡等外部机械力作用而破坏油-水界面处的保护膜,从而实现油水分离。相关研究发现不仅为纳米破乳剂处理原油乳液提供了新的认识,而且为天然矿物材料制备纳米破乳剂开辟了新的途径。 展开更多
关键词 原油乳液 破乳 纳米破乳剂 硅碳矿
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废旧石墨再生硅碳材料的性能
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作者 陈慧 刘文涛 +2 位作者 牛婧瑞 张晓辉 赖飞燕 《电池》 北大核心 2025年第5期925-933,共9页
将湿法冶金与火法冶金相结合,对废旧锂离子电池石墨负极进行回收,制备高价值硅碳负极材料膨胀石墨(EG)/Fe_(x)SiO_(4)/SiO_(2)@C。EG/Fe_(x)SiO_(4)/SiO_(2)@C负极与锂箔组成的半电池,以1.00 A/g在0.005~3.000 V的比容量可达650.8 mAh/g... 将湿法冶金与火法冶金相结合,对废旧锂离子电池石墨负极进行回收,制备高价值硅碳负极材料膨胀石墨(EG)/Fe_(x)SiO_(4)/SiO_(2)@C。EG/Fe_(x)SiO_(4)/SiO_(2)@C负极与锂箔组成的半电池,以1.00 A/g在0.005~3.000 V的比容量可达650.8 mAh/g,以2.00 A/g循环2000次,比容量仍有589.9 mAh/g。EG/Fe_(x)SiO_(4)/SiO_(2)@C负极与磷酸铁锂正极组装成全电池,以2.0 C在2.5~3.8 V循环150次,比容量保持在100.8 mAh/g。 展开更多
关键词 废旧锂离子电池 回收利用 硅碳 电化学性能
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负极硅碳掺混量对高比能电池性能影响的研究
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作者 安琪 王知常 +1 位作者 马洪运 慈鑫 《电源技术》 北大核心 2025年第12期2523-2532,共10页
以负极中硅碳掺混质量分数分别为30%、40%和45%的同型号锂离子电池为研究对象进行系列测试。研究发现:提高负极硅碳掺混量会造成电池首次效率和电压平台的下降,对比能量发挥造成不利影响;同时会加速电极结构破坏,掺混量由30%增至45%后,... 以负极中硅碳掺混质量分数分别为30%、40%和45%的同型号锂离子电池为研究对象进行系列测试。研究发现:提高负极硅碳掺混量会造成电池首次效率和电压平台的下降,对比能量发挥造成不利影响;同时会加速电极结构破坏,掺混量由30%增至45%后,循环寿命缩短304次;而且掺混量提高后,负极电阻率直线上升,低温放电性能劣化。但负极硅碳的高比例引入,可有效降低正、负极片的涂敷量,缩短锂离子迁移路径。4.00 C放电容量保持率提升3.92%,温升降低2.3℃;2.00 C充电的恒流充入比提高4.65%;同时更低的极片涂敷量可减少与电解液的副反应,改善高温存储性能,容量恢复率提升0.76%。 展开更多
关键词 锂离子电池 高能量密度 硅碳负极 电池体系设计
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基于介观尺度电化学模型的硅碳负极倍率性能仿真分析
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作者 石永博 张睿 +1 位作者 李乐 丁飞 《电源技术》 北大核心 2025年第8期1660-1670,共11页
构建了一种基于介观尺度的硅碳负极电化学模型,以探讨不同压实工艺及孔隙率对锂离子电池电极性能的影响。通过纳米级计算机断层扫描(nano-CT)获取未压实与压实硅碳负极的微观结构,并构建相应的三维模型,实现电化学仿真。结果表明,压实... 构建了一种基于介观尺度的硅碳负极电化学模型,以探讨不同压实工艺及孔隙率对锂离子电池电极性能的影响。通过纳米级计算机断层扫描(nano-CT)获取未压实与压实硅碳负极的微观结构,并构建相应的三维模型,实现电化学仿真。结果表明,压实电极具有更高的材料致密度,但孔隙率降低限制了离子传输,导致在高倍率放电条件下(1 C),压实电极的锂离子浓度分布更不均匀,容量衰减更显著。此外,通过体素膨胀方法研究了孔隙率对电池性能的影响,发现当孔隙率降低至0.30时,液相锂离子传输受限,电池容量衰减加剧。研究结果揭示了硅碳负极在高倍率放电时的微观结构对电池性能的影响机制,为优化电极设计和制造工艺提供了理论支持。 展开更多
关键词 锂离子电池 介观尺度模型 电化学特性 硅碳负极
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