Lithium-Ionen-Batterien entwickeln sich vor allem in Richtung hoher Energiedichte. Bei Raumtemperatur legieren siliziumbasierte negative Elektrodenmaterialien mit Lithium die lithiumreiche Phase Li3,75Si mit einer spezifischen Kapazität von bis zu 3572 mAh/g, die deutlich höher ist als die theoretische spezifische Kapazität einer Graphit-negativen Elektrode von 372 mAh/g. Beim wiederholten Laden und Entladen von siliziumbasierten negativen Elektrodenmaterialien kann die Phasenumwandlung von Si und Li3,75Si jedoch zu einer enormen Volumenausdehnung (ca. 300 %) führen, die zu einer strukturellen Pulverisierung der Elektrodenmaterialien und einer kontinuierlichen Bildung eines SEI-Films führt und schließlich einen rapiden Kapazitätsabfall verursacht. Die Industrie verbessert die Leistung siliziumbasierter negativer Elektrodenmaterialien und die Stabilität von siliziumbasierten Batterien vor allem durch Nano-Dimensionierung, Kohlenstoffbeschichtung, Porenbildung und andere Technologien.
Kohlenstoffmaterialien zeichnen sich durch eine gute Leitfähigkeit, niedrige Kosten und vielfältige Quellen aus. Sie können die Leitfähigkeit und Oberflächenstabilität von siliziumbasierten Materialien verbessern und werden bevorzugt als leistungssteigernde Additive für siliziumbasierte Negativelektroden eingesetzt. Silizium-Kohlenstoff-Materialien sind die Hauptentwicklungsrichtung für siliziumbasierte Negativelektroden. Kohlenstoffbeschichtungen können die Oberflächenstabilität von siliziumbasierten Materialien verbessern, ihre Fähigkeit, die Volumenausdehnung von Silizium zu hemmen, ist jedoch allgemein und kann das Problem der Volumenausdehnung von Silizium nicht lösen. Um die Stabilität von siliziumbasierten Materialien zu verbessern, müssen daher poröse Strukturen aufgebaut werden. Kugelmahlen ist ein industrialisiertes Verfahren zur Herstellung von Nanomaterialien. Der durch Kugelmahlen erhaltenen Suspension können je nach den Designanforderungen des Verbundwerkstoffs verschiedene Additive oder Materialkomponenten zugesetzt werden. Die Suspension wird gleichmäßig in verschiedenen Suspensionen verteilt und sprühgetrocknet. Während des Trocknungsprozesses bilden die Nanopartikel und andere Komponenten in der Suspension spontan poröse Strukturen. In dieser Arbeit wird die industrialisierte und umweltfreundliche Kugelmahl- und Sprühtrocknungstechnologie zur Herstellung poröser siliziumbasierter Materialien verwendet.
Die Leistungsfähigkeit von Silizium-basierten Materialien lässt sich auch durch die Regulierung ihrer Morphologie und Verteilung verbessern. Aktuell werden Silizium-basierte Materialien mit unterschiedlichen Morphologien und Verteilungen hergestellt, wie beispielsweise Silizium-Nanostäbe, Nanosilizium mit eingebettetem porösem Graphit, in Kohlenstoffkugeln verteiltes Nanosilizium, poröse Silizium-/Graphen-Array-Strukturen usw. Im Vergleich zu Nanopartikeln können Nanoblätter im gleichen Maßstab das durch Volumenausdehnung verursachte Zerdrücken besser unterdrücken, und das Material weist eine höhere Verdichtungsdichte auf. Durch die ungeordnete Stapelung der Nanoblätter kann auch eine poröse Struktur entstehen, die sich mit der negativen Silizium-Elektroden-Austauschgruppe verbindet. Sie bietet einen Pufferraum für die Volumenausdehnung von Siliziummaterialien. Die Einführung von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) kann nicht nur die Leitfähigkeit des Materials verbessern, sondern aufgrund ihrer eindimensionalen morphologischen Eigenschaften auch die Bildung poröser Strukturen fördern. Es gibt keine Berichte über poröse Strukturen aus Silizium-Nanoblättern und CNTs. In dieser Arbeit werden industriell anwendbare Methoden wie Kugelmahlen, Zerkleinern und Dispergieren, Sprühtrocknen, Kohlenstoffvorbeschichtung und Kalzinieren angewendet. Außerdem werden poröse Promotoren in den Herstellungsprozess einbezogen, um poröse, siliziumbasierte negative Elektrodenmaterialien herzustellen, die durch Selbstassemblierung von Silizium-Nanoschichten und CNTs gebildet werden. Der Herstellungsprozess ist einfach, umweltfreundlich und es entstehen keine Abfallflüssigkeiten oder Abfallrückstände. In der Literatur wird viel über die Kohlenstoffbeschichtung von siliziumbasierten Materialien berichtet, jedoch nur wenig ausführlich über die Auswirkungen der Beschichtung. In dieser Arbeit wird Asphalt als Kohlenstoffquelle verwendet, um die Auswirkungen zweier Kohlenstoffbeschichtungsmethoden – Flüssigphasenbeschichtung und Festphasenbeschichtung – auf die Beschichtungswirkung und die Leistung von siliziumbasierten negativen Elektrodenmaterialien zu untersuchen.
1 Versuch
1.1 Materialvorbereitung
Die Herstellung poröser Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe umfasst im Wesentlichen fünf Schritte: Kugelmahlen, Zerkleinern und Dispergieren, Sprühtrocknen, Kohlenstoff-Vorbeschichtung und Karbonisierung. Zunächst werden 500 g Siliziumpulver (inländisch, Reinheit 99,99 %) abgewogen, 2000 g Isopropanol hinzugefügt und 24 h lang in einer Nasskugelmahlanlage bei einer Mahlgeschwindigkeit von 2000 U/min gemahlen, um einen Siliziumbrei im Nanomaßstab zu erhalten. Der erhaltene Siliziumbrei wird in einen Dispersionstransfertank überführt und die Materialien werden entsprechend dem Massenverhältnis Silizium: Graphit (hergestellt in Shanghai, Batteriequalität): Kohlenstoffnanoröhren (hergestellt in Tianjin, Batteriequalität): Polyvinylpyrrolidon (hergestellt in Tianjin, Analysequalität) = 40:60:1,5:2 hinzugefügt. Der Feststoffgehalt wird mit Isopropanol eingestellt und auf 15 % festgelegt. Das Mahlen und Dispergieren wird 4 Stunden lang bei einer Dispersionsgeschwindigkeit von 3500 U/min durchgeführt. Eine andere Gruppe von Schlämmen ohne Zugabe von CNTs wird verglichen, die anderen Materialien sind gleich. Die erhaltene dispergierte Aufschlämmung wird dann in einen Sprühtrocknungs-Zufuhrtank überführt und die Sprühtrocknung wird unter Stickstoffschutzatmosphäre durchgeführt, wobei die Ein- und Auslasstemperaturen jeweils 180 und 90 °C betragen. Dann wurden zwei Arten von Kohlenstoffbeschichtungen verglichen, Festphasenbeschichtung und Flüssigphasenbeschichtung. Die Festphasenbeschichtungsmethode ist: Das sprühgetrocknete Pulver wird mit 20 % Asphaltpulver (hergestellt in Korea, D50 ist 5 μm) vermischt, 10 Minuten lang in einem mechanischen Mischer gemischt und die Mischgeschwindigkeit beträgt 2000 U/min, um ein vorbeschichtetes Pulver zu erhalten. Das Flüssigphasenbeschichtungsverfahren ist wie folgt: Das sprühgetrocknete Pulver wird zu einer Xylollösung (hergestellt in Tianjin, Analysequalität) gegeben, die 20 % Asphalt enthält, der im Pulver mit einem Feststoffgehalt von 55 % gelöst ist, und gleichmäßig im Vakuum gerührt. 4 Stunden in einem Vakuumofen bei 85 °C backen, zum Mischen in einen mechanischen Mischer geben, die Mischgeschwindigkeit beträgt 2000 U/min und die Mischzeit beträgt 10 Minuten, um ein vorbeschichtetes Pulver zu erhalten. Schließlich wurde das vorbeschichtete Pulver in einem Drehrohrofen unter Stickstoffatmosphäre bei einer Heizrate von 5 °C/min kalziniert. Es wurde zuerst 2 Stunden bei einer konstanten Temperatur von 550 °C gehalten, dann weiter auf 800 °C erhitzt und 2 Stunden bei dieser konstanten Temperatur gehalten und dann auf natürliche Weise auf unter 100 °C abgekühlt und entladen, um ein Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
1.2 Charakterisierungsmethoden
Die Partikelgrößenverteilung des Materials wurde mit einem Partikelgrößenmessgerät (Mastersizer 2000, Großbritannien) analysiert. Die in jedem Schritt erhaltenen Pulver wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (Regulus8220, Japan) auf Morphologie und Größe untersucht. Die Phasenstruktur des Materials wurde mit einem Röntgen-Pulverbeugungsanalysator (D8 ADVANCE, Deutschland) analysiert, und die Elementzusammensetzung des Materials wurde mit einem Energiespektrumanalysator analysiert. Das erhaltene Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial wurde zur Herstellung einer Knopfzellen-Halbzelle des Modells CR2032 verwendet. Das Massenverhältnis Silizium-Kohlenstoff: SP: CNT: CMC: SBR betrug 92:2:2:1,5:2,5. Die Gegenelektrode ist ein metallisches Lithiumblech, der Elektrolyt ist ein handelsüblicher Elektrolyt (Modell 1901, hergestellt in Korea), es wird eine Celgard 2320-Membran verwendet, der Lade- und Entladespannungsbereich beträgt 0,005–1,5 V, der Lade- und Entladestrom beträgt 0,1 C (1 C = 1 A) und der Entlade-Abschaltstrom beträgt 0,05 C.
Um die Leistungsfähigkeit von Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen weiter zu untersuchen, wurde die laminierte Softpack-Batterie 408595 hergestellt. Die positive Elektrode besteht aus NCM811 (hergestellt in Hunan, Batteriequalität), die negative Elektrode aus Graphit ist mit 8 % Silizium-Kohlenstoff-Material dotiert. Die positive Elektrodenpaste besteht aus 96 % NCM811, 1,2 % Polyvinylidenfluorid (PVDF), 2 % Leitfähigkeitsadditiv SP, 0,8 % CNT und NMP als Dispersionsmittel. Die negative Elektrodenpaste besteht aus 96 % negativem Elektrodenverbundwerkstoff, 1,3 % CMC, 1,5 % SBR und 1,2 % CNT und Wasser als Dispersionsmittel. Nach dem Rühren, Beschichten, Walzen, Schneiden, Laminieren, Laschenschweißen, Verpacken, Backen, Flüssigkeitseinspritzen, Formieren und Kapazitätsaufteilung wurden 408595 laminierte Softpack-Batterien mit einer Nennkapazität von 3 Ah hergestellt. Getestet wurden die Ratenleistung von 0,2 C, 0,5 C, 1 C, 2 C und 3 C sowie die Zyklusleistung von 0,5 C Laden und 1 C Entladen. Der Lade- und Entladespannungsbereich lag bei 2,8–4,2 V, das Laden erfolgte mit konstantem Strom und konstanter Spannung, und der Abschaltstrom betrug 0,5 C.
2 Ergebnisse und Diskussion
Das ursprüngliche Siliziumpulver wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht. Wie in Abbildung 1(a) dargestellt, war das Siliziumpulver unregelmäßig körnig und wies eine Partikelgröße von weniger als 2 μm auf. Nach dem Kugelmahlen hatte sich die Größe des Siliziumpulvers deutlich auf etwa 100 nm reduziert [Abbildung 1(b)]. Die Partikelgrößenbestimmung ergab einen D50-Wert des Siliziumpulvers nach dem Kugelmahlen von 110 nm und einen D90-Wert von 175 nm. Eine sorgfältige Untersuchung der Morphologie des Siliziumpulvers nach dem Kugelmahlen zeigt eine flockige Struktur (die Bildung der flockigen Struktur wird später durch die Querschnitts-REM weiter verifiziert). Daher sollten die aus der Partikelgrößenbestimmung erhaltenen D90-Daten der Längenabmessung des Nanoblatts entsprechen. In Kombination mit den REM-Ergebnissen kann gefolgert werden, dass die Größe des erhaltenen Nanoblatts kleiner ist als der kritische Wert von 150 nm für den Bruch von Siliziumpulver beim Laden und Entladen in mindestens einer Dimension. Die Bildung der schuppigen Morphologie ist hauptsächlich auf die unterschiedlichen Dissoziationsenergien der Kristallebenen von kristallinem Silizium zurückzuführen. Die {111}-Ebene von Silizium weist eine geringere Dissoziationsenergie auf als die {100}- und {110}-Kristallebenen. Daher lässt sich diese Kristallebene durch Kugelmahlen leichter dünner machen und bildet schließlich eine schuppige Struktur. Die schuppige Struktur fördert die Ansammlung loser Strukturen, bietet Platz für die Volumenausdehnung von Silizium und verbessert die Stabilität des Materials.
Die Aufschlämmung mit Nanosilizium, CNT und Graphit wurde gesprüht und das Pulver vor und nach dem Sprühen mittels SEM untersucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt. Die vor dem Sprühen hinzugefügte Graphitmatrix hat eine typische Flockenstruktur mit einer Größe von 5 bis 20 μm [Abbildung 2(a)]. Die Prüfung der Partikelgrößenverteilung des Graphits ergab einen D50-Wert von 15 μm. Das nach dem Sprühen erhaltene Pulver hat eine kugelförmige Morphologie [Abbildung 2(b)], und es ist erkennbar, dass der Graphit nach dem Sprühen mit einer Beschichtungsschicht überzogen ist. Der D50-Wert des Pulvers nach dem Sprühen beträgt 26,2 μm. Die morphologischen Eigenschaften der Sekundärpartikel wurden mittels SEM untersucht und zeigen die Merkmale einer lockeren, porösen Struktur, die aus Nanomaterialien besteht [Abbildung 2(c)]. Die poröse Struktur besteht aus ineinander verschlungenen Silizium-Nanoschichten und CNTs [Abbildung 2(d)], und die getestete spezifische Oberfläche (BET) beträgt bis zu 53,3 m2/g. Daher ordnen sich Silizium-Nanoschichten und CNTs nach dem Sprühen selbst an und bilden eine poröse Struktur.
Die poröse Schicht wurde mit einer flüssigen Kohlenstoffbeschichtung behandelt. Nach Zugabe von Kohlenstoffbeschichtungs-Vorläuferpech und Karbonisierung wurde eine SEM-Beobachtung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 3 dargestellt. Nach der Kohlenstoff-Vorbeschichtung wird die Oberfläche der Sekundärpartikel glatt und weist eine deutliche Beschichtungsschicht auf. Die Beschichtung ist vollständig, wie in Abbildung 3(a) und (b) gezeigt. Nach der Karbonisierung behält die Oberflächenbeschichtung einen guten Beschichtungszustand bei [Abbildung 3(c)]. Außerdem zeigt die SEM-Querschnittsaufnahme streifenförmige Nanopartikel [Abbildung 3(d)], die den morphologischen Eigenschaften von Nanoblättern entsprechen, was die Bildung von Silizium-Nanoblättern nach der Kugelmühle weiter bestätigt. Außerdem zeigt Abbildung 3(d), dass sich zwischen einigen Nanoblättern Füllstoffe befinden. Dies ist hauptsächlich auf die Verwendung der Flüssigphasenbeschichtungsmethode zurückzuführen. Die Asphaltlösung dringt in das Material ein, sodass die Oberfläche der inneren Silizium-Nanoblätter eine schützende Kohlenstoffbeschichtung erhält. Daher kann durch die Flüssigphasenbeschichtung neben dem Sekundärpartikelbeschichtungseffekt auch der Doppelkohlenstoffbeschichtungseffekt der Primärpartikelbeschichtung erzielt werden. Das karbonisierte Pulver wurde mittels BET getestet und das Testergebnis betrug 22,3 m2/g.
Das karbonisierte Pulver wurde einer Querschnitts-Energiespektrumanalyse (EDS) unterzogen. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4(a) dargestellt. Der mikrometergroße Kern besteht aus der C-Komponente, die der Graphitmatrix entspricht. Die äußere Beschichtung enthält Silizium und Sauerstoff. Zur weiteren Untersuchung der Siliziumstruktur wurde eine Röntgenbeugungsanalyse (XRD) durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4(b) dargestellt. Das Material besteht hauptsächlich aus Graphit und einkristallinem Silizium und weist keine offensichtlichen Siliziumoxid-Eigenschaften auf. Dies deutet darauf hin, dass die Sauerstoffkomponente im Energiespektrum hauptsächlich aus der natürlichen Oxidation der Siliziumoberfläche stammt. Das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial wird als S1 bezeichnet.
Das hergestellte Silizium-Kohlenstoff-Material S1 wurde einer Knopfzellen-Halbzelle und Lade-/Entladetests unterzogen. Die erste Lade-/Entladekurve ist in Abbildung 5 dargestellt. Die reversible spezifische Kapazität beträgt 1000,8 mAh/g, und der Wirkungsgrad im ersten Zyklus erreicht 93,9 %. Damit ist er höher als der in der Literatur beschriebene Wirkungsgrad der meisten siliziumbasierten Materialien ohne Vorlithiierung. Der hohe Wirkungsgrad im ersten Zyklus deutet auf eine hohe Stabilität des hergestellten Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials hin. Um die Auswirkungen der porösen Struktur, des leitfähigen Netzwerks und der Kohlenstoffbeschichtung auf die Stabilität von Silizium-Kohlenstoff-Materialien zu überprüfen, wurden zwei Arten von Silizium-Kohlenstoff-Materialien ohne Zugabe von CNT und ohne primäre Kohlenstoffbeschichtung hergestellt.
Die Morphologie des karbonisierten Pulvers des Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs ohne Zugabe von CNT ist in Abbildung 6 dargestellt. Nach der Flüssigphasenbeschichtung und Karbonisierung ist in Abbildung 6(a) auf der Oberfläche der Sekundärpartikel deutlich eine Beschichtungsschicht zu erkennen. Abbildung 6(b) zeigt den Querschnitt des karbonisierten Materials im Rasterelektronenmikroskop. Die gestapelten Silizium-Nanoblätter sind porös, und der BET-Testwert beträgt 16,6 m2/g. Im Vergleich zu CNT [wie in Abbildung 3(d) gezeigt, beträgt der BET-Testwert des karbonisierten Pulvers 22,3 m2/g] ist die innere Stapeldichte des Nanosiliziums jedoch höher. Dies weist darauf hin, dass die Zugabe von CNT die Bildung einer porösen Struktur fördern kann. Darüber hinaus weist das Material kein aus CNT aufgebautes dreidimensionales leitfähiges Netzwerk auf. Der Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff wird als S2 bezeichnet.
Die morphologischen Eigenschaften des durch Festphasen-Kohlenstoffbeschichtung hergestellten Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs sind in Abbildung 7 dargestellt. Nach der Karbonisierung bildet sich auf der Oberfläche eine deutliche Beschichtungsschicht, wie in Abbildung 7(a) dargestellt. Abbildung 7(b) zeigt streifenförmige Nanopartikel im Querschnitt, die den morphologischen Eigenschaften von Nanosheets entsprechen. Die Ansammlung der Nanosheets bildet eine poröse Struktur. Auf der Oberfläche der inneren Nanosheets ist kein Füllstoff erkennbar. Dies deutet darauf hin, dass die Festphasen-Kohlenstoffbeschichtung lediglich eine Kohlenstoffbeschichtung mit poröser Struktur bildet und die Silizium-Nanosheets keine innere Beschichtungsschicht aufweisen. Dieser Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff wird als S3 bezeichnet.
Der Lade- und Entladetest der Knopfzellen-Halbzelle wurde an S2 und S3 durchgeführt. Die spezifische Kapazität und der erste Wirkungsgrad von S2 lagen bei 1120,2 mAh/g bzw. 84,8 %, die von S3 bei 882,5 mAh/g bzw. 82,9 %. Die spezifische Kapazität und der erste Wirkungsgrad der festphasenbeschichteten Probe S3 waren am niedrigsten. Dies deutet darauf hin, dass nur die poröse Struktur mit Kohlenstoff beschichtet war, die inneren Silizium-Nanoschichten jedoch nicht. Dadurch konnte die spezifische Kapazität des Silizium-basierten Materials nicht voll ausgeschöpft und dessen Oberfläche nicht geschützt werden. Der erste Wirkungsgrad der Probe S2 ohne CNT war ebenfalls niedriger als der des Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterials mit CNT. Dies deutet darauf hin, dass eine gute Beschichtung, ein leitfähiges Netzwerk und eine höhere poröse Struktur die Lade- und Entladeeffizienz des Silizium-Kohlenstoff-Materials verbessern.
Das Silizium-Kohlenstoff-Material S1 wurde zur Herstellung einer kleinen Softpack-Vollbatterie verwendet, um die Raten- und Zyklenleistung zu untersuchen. Die Entladeratenkurve ist in Abbildung 8(a) dargestellt. Die Entladekapazitäten von 0,2C, 0,5C, 1C, 2C und 3C betragen 2,970, 2,999, 2,920, 2,176 bzw. 1,021 Ah. Die Entladerate von 1C beträgt bis zu 98,3 %, während die von 2C auf 73,3 % und die von 3C weiter auf 34,4 % sinkt. Um der Gruppe für den Austausch negativer Siliziumelektroden beizutreten, fügen Sie bitte WeChat hinzu: shimobang. In Bezug auf die Laderate betragen die Ladekapazitäten von 0,2C, 0,5C, 1C, 2C und 3C 3,186, 3,182, 3,081, 2,686 bzw. 2,289 Ah. Die 1C-Laderate beträgt 96,7 %, die 2C-Laderate erreicht immerhin 84,3 %. Betrachtet man jedoch die Ladekurve in Abbildung 8(b), ist die 2C-Ladeplattform deutlich größer als die 1C-Ladeplattform, und ihre Konstantspannungsladekapazität macht den größten Teil (55 %) aus, was darauf hindeutet, dass die Polarisation des 2C-Akkus bereits sehr hoch ist. Das Silizium-Kohlenstoff-Material weist bei 1C eine gute Lade- und Entladeleistung auf, die strukturellen Eigenschaften des Materials müssen jedoch noch verbessert werden, um eine höhere Ladeleistung zu erreichen. Wie in Abbildung 9 dargestellt, beträgt die Kapazitätserhaltungsrate nach 450 Zyklen 78 %, was auf eine gute Zyklenleistung hinweist.
Der Oberflächenzustand der Elektrode vor und nach dem Zyklus wurde mittels SEM untersucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 10 dargestellt. Vor dem Zyklus ist die Oberfläche des Graphits und des Silizium-Kohlenstoff-Materials klar [Abbildung 10(a)]. Nach dem Zyklus bildet sich auf der Oberfläche deutlich eine Beschichtung [Abbildung 10(b)], ein dicker SEI-Film. Die Rauheit des SEI-Films ist hoch. Der aktive Lithiumverbrauch ist ungünstig für die Zyklusleistung. Daher kann die Förderung der Bildung eines glatten SEI-Films (z. B. durch künstlichen SEI-Filmaufbau, Zugabe geeigneter Elektrolytzusätze usw.) die Zyklusleistung verbessern. Die SEM-Beobachtung des Querschnitts der Silizium-Kohlenstoff-Partikel nach dem Zyklus [Abbildung 10(c)] zeigt, dass die ursprünglich streifenförmigen Silizium-Nanopartikel gröber geworden sind und die poröse Struktur weitgehend verschwunden ist. Dies ist hauptsächlich auf die kontinuierliche Volumenausdehnung und -kontraktion des Silizium-Kohlenstoff-Materials während des Zyklus zurückzuführen. Daher muss die poröse Struktur weiter verstärkt werden, um ausreichend Pufferraum für die Volumenausdehnung des siliziumbasierten Materials zu schaffen.
3 Fazit
Aufgrund der Volumenausdehnung, der schlechten Leitfähigkeit und der geringen Grenzflächenstabilität von siliziumbasierten Negativelektrodenmaterialien werden in dieser Arbeit gezielte Verbesserungen vorgenommen, von der Morphologie der Silizium-Nanoschichten über den Aufbau der porösen Struktur und des leitfähigen Netzwerks bis hin zur vollständigen Kohlenstoffbeschichtung der gesamten Sekundärpartikel, um die Stabilität von siliziumbasierten Negativelektrodenmaterialien insgesamt zu verbessern. Die Ansammlung von Silizium-Nanoschichten kann eine poröse Struktur bilden. Die Einführung von CNT fördert die Bildung einer porösen Struktur zusätzlich. Das durch Flüssigphasenbeschichtung hergestellte Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterial weist im Vergleich zu dem durch Festphasenbeschichtung hergestellten Material eine doppelte Kohlenstoffbeschichtung auf und weist eine höhere spezifische Kapazität und einen höheren Anfangswirkungsgrad auf. Darüber hinaus ist der Anfangswirkungsgrad des Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterials mit CNT höher als bei einem Material ohne CNT. Dies ist hauptsächlich auf die Fähigkeit der stärkeren porösen Struktur zurückzuführen, die die Volumenausdehnung von siliziumbasierten Materialien verringert. Die Einführung von CNT führt zum Aufbau eines dreidimensionalen leitfähigen Netzwerks, verbessert die Leitfähigkeit von siliziumbasierten Materialien und zeigt eine gute Entladeleistung bei 1 °C. Das Material weist zudem eine gute Zyklenfestigkeit auf. Allerdings muss die poröse Struktur des Materials weiter verstärkt werden, um ausreichend Pufferraum für die Volumenausdehnung des Siliziums zu schaffen und die Bildung einer glattenund dichter SEI-Film, um die Zyklusleistung des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials weiter zu verbessern.
Wir liefern auch hochreine Graphit- und Siliziumkarbidprodukte, die häufig in der Waferverarbeitung wie Oxidation, Diffusion und Glühen verwendet werden.
Wir heißen Kunden aus aller Welt herzlich willkommen, uns für ein weiteres Gespräch zu besuchen!
https://www.vet-china.com/
Veröffentlichungszeit: 13. November 2024