Lithium-Ionen-Batterien entwickeln sich vor allem in Richtung hoher Energiedichte. Bei Raumtemperatur legieren siliziumbasierte negative Elektrodenmaterialien mit Lithium, um ein lithiumreiches Produkt der Li3,75Si-Phase mit einer spezifischen Kapazität von bis zu 3572 mAh/g zu erzeugen, was viel höher ist als die theoretische spezifische Kapazität der negativen Graphitelektrode 372 mAh/g. Während des wiederholten Lade- und Entladevorgangs von negativen Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis kann die Phasenumwandlung von Si und Li3,75Si jedoch zu einer enormen Volumenausdehnung (ca. 300 %) führen, was zu einer strukturellen Pulverisierung der Elektrodenmaterialien und einer kontinuierlichen Bildung von führt SEI-Film, und schließlich dazu führen, dass die Kapazität schnell abfällt. Die Industrie verbessert hauptsächlich die Leistung von negativen Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis und die Stabilität von Batterien auf Siliziumbasis durch Nanogröße, Kohlenstoffbeschichtung, Porenbildung und andere Technologien.
Kohlenstoffmaterialien zeichnen sich durch eine gute Leitfähigkeit, geringe Kosten und ein breites Quellenspektrum aus. Sie können die Leitfähigkeit und Oberflächenstabilität von Materialien auf Siliziumbasis verbessern. Sie werden vorzugsweise als Leistungsverbesserungsadditive für negative Elektroden auf Siliziumbasis eingesetzt. Silizium-Kohlenstoff-Materialien sind die Hauptentwicklungsrichtung von negativen Elektroden auf Siliziumbasis. Eine Kohlenstoffbeschichtung kann die Oberflächenstabilität von Materialien auf Siliziumbasis 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 Materialien auf Siliziumbasis zu verbessern, müssen daher poröse Strukturen konstruiert werden. Kugelmahlen ist eine industrialisierte Methode zur Herstellung von Nanomaterialien. Der durch Kugelmahlen erhaltenen Aufschlämmung können je nach Designanforderungen des Verbundwerkstoffs unterschiedliche Zusatzstoffe oder Materialkomponenten zugesetzt werden. Die Aufschlämmung wird gleichmäßig in verschiedenen Aufschlämmungen verteilt und sprühgetrocknet. Während des sofortigen Trocknungsprozesses bilden die Nanopartikel und andere Komponenten in der Aufschlämmung spontan poröse Struktureigenschaften. Dieses Papier nutzt industrialisierte und umweltfreundliche Kugelmahl- und Sprühtrocknungstechnologie zur Herstellung poröser Materialien auf Siliziumbasis.
Die Leistung von Materialien auf Siliziumbasis kann auch durch die Regulierung der Morphologie und Verteilungseigenschaften von Silizium-Nanomaterialien verbessert werden. Gegenwärtig wurden siliziumbasierte Materialien mit verschiedenen Morphologien und Verteilungseigenschaften hergestellt, wie z. B. Silizium-Nanostäbe, poröses, in Graphit eingebettetes Nanosilizium, in Kohlenstoffkugeln verteiltes Nanosilizium, poröse Silizium/Graphen-Array-Strukturen usw. Im gleichen Maßstab im Vergleich zu Nanopartikeln Nanoblätter können das durch Volumenausdehnung verursachte Quetschproblem besser unterdrücken und das Material weist eine höhere Verdichtungsdichte auf. Auch die ungeordnete Stapelung von Nanoblättern kann eine poröse Struktur bilden. Treten Sie der Austauschgruppe für negative Siliziumelektroden bei. Stellen Sie einen Pufferraum für die Volumenausdehnung von Siliziummaterialien bereit. Das Einbringen von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) kann nicht nur die Leitfähigkeit des Materials verbessern, sondern aufgrund seiner eindimensionalen morphologischen Eigenschaften auch die Bildung poröser Strukturen des Materials fördern. Es gibt keine Berichte über poröse Strukturen, die aus Silizium-Nanoblättern und CNTs aufgebaut sind. In diesem Artikel werden die industriell anwendbaren Kugelmahl-, Mahl- und Dispergier-, Sprühtrocknungs-, Kohlenstoffvorbeschichtungs- und Kalzinierungsverfahren angewendet und poröse Promotoren in den Herstellungsprozess zur Herstellung poröser negativer Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis eingeführt, die durch Selbstorganisation von Silizium-Nanoblättern gebildet werden CNTs. Der Aufbereitungsprozess ist einfach, umweltfreundlich und es entstehen keine Abfallflüssigkeiten oder Abfallrückstände. Es gibt viele Literaturberichte über die Kohlenstoffbeschichtung von Materialien auf Siliziumbasis, es gibt jedoch nur wenige ausführliche Diskussionen über die Wirkung der Beschichtung. In diesem Artikel wird Asphalt als Kohlenstoffquelle verwendet, um die Auswirkungen zweier Kohlenstoffbeschichtungsmethoden, der Flüssigphasenbeschichtung und der Festphasenbeschichtung, auf den Beschichtungseffekt und die Leistung von negativen Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis zu untersuchen.
1 Experiment
1.1 Materialvorbereitung
Die Herstellung poröser Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe umfasst hauptsächlich fünf Schritte: Kugelmahlen, Mahlen und Dispergieren, Sprühtrocknen, Kohlenstoff-Vorbeschichtung und Karbonisierung. Wiegen Sie zunächst 500 g anfängliches Siliziumpulver (inländisch, 99,99 % Reinheit), fügen Sie 2000 g Isopropanol hinzu und führen Sie 24 Stunden lang eine Nasskugelmahlung mit einer Kugelmahlgeschwindigkeit von 2000 U/min durch, um eine Siliziumaufschlämmung im Nanomaßstab zu erhalten. Die erhaltene Siliziumaufschlämmung wird in einen Dispersionsübertragungstank 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. Zur Einstellung des Feststoffgehalts wird Isopropanol verwendet, der Feststoffgehalt ist auf 15 % ausgelegt. Das Mahlen und Dispergieren erfolgt 4 h lang bei einer Dispergiergeschwindigkeit von 3500 U/min. Eine andere Gruppe von Schlämmen ohne Zusatz von CNTs wird verglichen, und die anderen Materialien sind die gleichen. Die erhaltene dispergierte Aufschlämmung wird dann in einen Sprühtrocknungs-Zufuhrtank überführt und die Sprühtrocknung wird in einer Stickstoff-geschützten Atmosphäre durchgeführt, wobei die Einlass- und Auslasstemperaturen 180 bzw. 90 °C betragen. Anschließend wurden zwei Arten von Kohlenstoffbeschichtungen verglichen: Festphasenbeschichtung und Flüssigphasenbeschichtung. Die Festphasenbeschichtungsmethode ist: Das sprühgetrocknete Pulver wird mit 20 % Asphaltpulver (hergestellt in Korea, D50 beträgt 5 μm) gemischt, 10 Minuten lang in einem mechanischen Mischer gemischt und die Mischgeschwindigkeit beträgt 2000 U/min vorbeschichtetes Pulver. Die Flüssigphasenbeschichtungsmethode ist: Das sprühgetrocknete Pulver wird zu einer Xylollösung (hergestellt in Tianjin, analytische Qualität), die 20 % im Pulver gelösten Asphalt mit einem Feststoffgehalt von 55 % enthält, gegeben und im Vakuum gleichmäßig gerührt. In einem Vakuumofen bei 85 °C 4 Stunden lang backen, zum Mischen in einen mechanischen Mixer geben, die Mischgeschwindigkeit beträgt 2000 U/min und die Mischzeit 10 Minuten, um vorbeschichtetes Pulver zu erhalten. Abschließend wurde das vorbeschichtete Pulver in einem Drehrohrofen unter Stickstoffatmosphäre mit einer Heizrate von 5 °C/min kalziniert. Es wurde zunächst 2 Stunden lang auf einer konstanten Temperatur von 550 °C gehalten, dann weiter auf 800 °C erhitzt und 2 Stunden lang auf einer konstanten Temperatur gehalten und dann auf natürliche Weise auf unter 100 °C abgekühlt und entladen, um Silizium-Kohlenstoff zu erhalten Verbundwerkstoff.
1.2 Charakterisierungsmethoden
Die Partikelgrößenverteilung des Materials wurde mit einem Partikelgrößentester (Version Mastersizer 2000, hergestellt im Vereinigten Königreich) analysiert. Die in jedem Schritt erhaltenen Pulver wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (Regulus8220, hergestellt in Japan) getestet, um die Morphologie und Größe der Pulver zu untersuchen. Die Phasenstruktur des Materials wurde mit einem Röntgenpulverbeugungsanalysator (D8 ADVANCE, hergestellt in Deutschland) analysiert und die Elementzusammensetzung des Materials wurde mit einem Energiespektrumanalysator analysiert. Das erhaltene Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial wurde zur Herstellung einer Knopfhalbzelle des Modells CR2032 verwendet, und das Massenverhältnis von Silizium-Kohlenstoff: SP: CNT: CMC: SBR betrug 92:2:2:1,5:2,5. Die Gegenelektrode ist ein Lithiummetallblech, 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 (1C = 1A) und der Entlade-Abschaltstrom beträgt 0,05 C.
Um die Leistung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterialien weiter zu untersuchen, wurde die laminierte kleine Softpack-Batterie 408595 hergestellt. Die positive Elektrode verwendet NCM811 (hergestellt in Hunan, Batteriequalität) und der Graphit der negativen Elektrode ist mit 8 % Silizium-Kohlenstoff-Material dotiert. Die Formel der positiven Elektrodenaufschlämmung besteht aus 96 % NCM811, 1,2 % Polyvinylidenfluorid (PVDF), 2 % Leitmittel SP, 0,8 % CNT und NMP wird als Dispergiermittel verwendet; Die Formel für die Aufschlämmung der negativen Elektrode besteht aus 96 % Verbundmaterial für die negative Elektrode, 1,3 % CMC, 1,5 % SBR und 1,2 % CNT, und als Dispergiermittel wird Wasser verwendet. Nach Rühren, Beschichten, Rollen, Schneiden, Laminieren, Laschenschweißen, Verpacken, Backen, Flüssigkeitsinjektion, Formung und Kapazitätsteilung wurden 408595 laminierte kleine 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 betrug 2,8–4,2 V, Laden mit konstantem Strom und konstanter Spannung, und der Abschaltstrom betrug 0,5 °C.
2 Ergebnisse und Diskussion
Das anfängliche Siliziumpulver wurde durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) beobachtet. Das Siliziumpulver war unregelmäßig körnig mit einer Partikelgröße von weniger als 2 μm, wie in Abbildung 1(a) dargestellt. Nach dem Mahlen in der Kugelmühle wurde die Größe des Siliziumpulvers deutlich auf etwa 100 nm reduziert [Abbildung 1(b)]. Der Partikelgrößentest ergab, dass der D50-Wert des Siliziumpulvers nach dem Mahlen in der Kugelmühle 110 nm und der D90-Wert 175 nm betrug. Eine sorgfältige Untersuchung der Morphologie von Siliziumpulver nach dem Mahlen in der Kugelmühle zeigt eine flockige Struktur (die Bildung der flockigen Struktur wird später anhand des Querschnitts-REM weiter verifiziert). Daher sollten die aus dem Partikelgrößentest erhaltenen D90-Daten die Längendimension des Nanoblatts sein. In Kombination mit den REM-Ergebnissen lässt sich feststellen, dass die Größe des erhaltenen Nanoblatts in mindestens einer Dimension kleiner als der kritische Wert von 150 nm für den Bruch des Siliziumpulvers beim Laden und Entladen ist. Die Bildung der schuppenförmigen Morphologie ist hauptsächlich auf die unterschiedlichen Dissoziationsenergien der Kristallebenen von kristallinem Silizium zurückzuführen, wobei die {111}-Ebene von Silizium eine niedrigere Dissoziationsenergie aufweist als die {100}- und {110}-Kristallebenen. Daher lässt sich diese Kristallebene durch Mahlen in der Kugelmühle leichter ausdünnen und bildet schließlich eine flockige Struktur. Die schuppige Struktur begünstigt die Ansammlung lockerer Strukturen, schafft Raum für die Volumenausdehnung von Silizium und verbessert die Stabilität des Materials.
Die Aufschlämmung, die Nanosilizium, CNT und Graphit enthielt, wurde gesprüht und das Pulver vor und nach dem Sprühen mittels REM untersucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt. Die vor dem Sprühen hinzugefügte Graphitmatrix weist eine typische Flockenstruktur mit einer Größe von 5 bis 20 μm auf [Abbildung 2(a)]. Der Partikelgrößenverteilungstest von Graphit zeigt, dass D50 15 μm beträgt. Das nach dem Sprühen erhaltene Pulver hat eine kugelförmige Morphologie [Abbildung 2(b)], und es ist zu erkennen, dass der Graphit nach dem Sprühen von der Beschichtungsschicht überzogen wird. Der D50-Wert des Pulvers beträgt nach dem Sprühen 26,2 μm. Die morphologischen Eigenschaften der Sekundärpartikel wurden mittels REM beobachtet und zeigten die Eigenschaften einer losen porösen Struktur, die durch Nanomaterialien angesammelt wurde [Abbildung 2(c)]. Die poröse Struktur besteht aus miteinander verflochtenen Silizium-Nanoblättern und CNTs [Abbildung 2(d)] und die spezifische Testoberfläche (BET) beträgt bis zu 53,3 m2/g. Daher organisieren sich Silizium-Nanoblätter und CNTs nach dem Sprühen selbst und bilden eine poröse Struktur.
Die poröse Schicht wurde mit einer flüssigen Kohlenstoffbeschichtung behandelt, und nach Zugabe von Kohlenstoffbeschichtungsvorläuferpech und Karbonisierung wurde eine REM-Beobachtung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 3 dargestellt. Nach der Kohlenstoff-Vorbeschichtung wird die Oberfläche der Sekundärpartikel glatt, mit einer deutlichen Beschichtungsschicht, und die Beschichtung ist abgeschlossen, wie in den Abbildungen 3(a) und (b) dargestellt. Nach der Karbonisierung behält die Oberflächenbeschichtung einen guten Beschichtungszustand bei [Abbildung 3(c)]. Darüber hinaus zeigt das Querschnitts-REM-Bild streifenförmige Nanopartikel [Abbildung 3(d)], die den morphologischen Eigenschaften von Nanoblättern entsprechen, was die Bildung von Silizium-Nanoblättern nach dem Mahlen in der Kugelmühle weiter bestätigt. Darüber hinaus zeigt Abbildung 3(d), dass sich zwischen einigen Nanoblättern Füllstoffe befinden. Dies ist hauptsächlich auf die Verwendung des Flüssigphasenbeschichtungsverfahrens zurückzuführen. Die Asphaltlösung dringt in das Material ein, sodass die Oberfläche der inneren Silizium-Nanoblätter eine schützende Kohlenstoffschicht erhält. Daher kann durch die Verwendung einer Flüssigphasenbeschichtung zusätzlich zur Erzielung des sekundären Partikelbeschichtungseffekts auch der doppelte Kohlenstoffbeschichtungseffekt der primären Partikelbeschichtung erzielt werden. Das karbonisierte Pulver wurde mittels BET getestet und das Testergebnis betrug 22,3 m2/g.
Das karbonisierte Pulver wurde einer Querschnittsenergiespektrumanalyse (EDS) unterzogen. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4(a) dargestellt. Der mikrometergroße Kern besteht aus einer C-Komponente, die der Graphitmatrix entspricht, und die äußere Beschichtung enthält Silizium und Sauerstoff. Um die Struktur von Silizium weiter zu untersuchen, wurde ein Röntgenbeugungstest (XRD) durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4(b) dargestellt. Das Material besteht hauptsächlich aus Graphit und einkristallinem Silizium und weist keine offensichtlichen Siliziumoxideigenschaften auf, was darauf hindeutet, dass die Sauerstoffkomponente des Energiespektrumtests hauptsächlich aus der natürlichen Oxidation der Siliziumoberfläche stammt. Der Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff wird als S1 erfasst.
Das vorbereitete Silizium-Kohlenstoff-Material S1 wurde der Herstellung von Knopfhalbzellen und Lade-Entlade-Tests unterzogen. Die erste Lade-Entlade-Kurve ist in Abbildung 5 dargestellt. Die reversible spezifische Kapazität beträgt 1000,8 mAh/g und der Wirkungsgrad im ersten Zyklus beträgt bis zu 93,9 %, was höher ist als der erste Wirkungsgrad der meisten Materialien auf Siliziumbasis ohne Vorstufe. Lithiierung wird in der Literatur beschrieben. Der hohe erste Wirkungsgrad weist darauf hin, dass das hergestellte Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial eine hohe Stabilität aufweist. 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) deutlich eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche der Sekundärpartikel zu erkennen. Das Querschnitts-REM des karbonisierten Materials ist in Abbildung 6(b) dargestellt. Die Stapelung von Silizium-Nanoblättern weist poröse Eigenschaften auf und der BET-Test beträgt 16,6 m2/g. Verglichen mit dem Fall von CNT [wie in Abbildung 3(d) gezeigt, beträgt der BET-Test seines karbonisierten Pulvers 22,3 m2/g] ist die interne Nano-Silizium-Stapeldichte jedoch höher, was darauf hindeutet, dass die Zugabe von CNT fördern kann die Bildung einer porösen Struktur. Darüber hinaus verfügt das Material nicht über ein durch CNT aufgebautes dreidimensionales leitfähiges Netzwerk. Das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial wird als S2 erfasst.
Die morphologischen Eigenschaften des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, das durch Festphasen-Kohlenstoffbeschichtung hergestellt wurde, sind in Abbildung 7 dargestellt. Nach der Karbonisierung befindet sich eine offensichtliche Beschichtungsschicht auf der Oberfläche, wie in Abbildung 7(a) dargestellt. Abbildung 7(b) zeigt, dass sich im Querschnitt streifenförmige Nanopartikel befinden, was den morphologischen Eigenschaften von Nanoblättern entspricht. Durch die Ansammlung von Nanoblättern entsteht eine poröse Struktur. Es gibt keinen offensichtlichen Füllstoff auf der Oberfläche der inneren Nanoblätter, was darauf hindeutet, dass die Festphasen-Kohlenstoffbeschichtung nur eine Kohlenstoffüberzugsschicht mit poröser Struktur bildet und es keine innere Überzugsschicht für die Silizium-Nanoblätter gibt. Dieses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial wird als S3 registriert.
Der Lade- und Entladetest der Knopfhalbzelle wurde an S2 und S3 durchgeführt. Die spezifische Kapazität und der erste Wirkungsgrad von S2 betrugen 1120,2 mAh/g bzw. 84,8 %, und die spezifische Kapazität und der erste Wirkungsgrad von S3 betrugen 882,5 mAh/g bzw. 82,9 %. Die spezifische Kapazität und der erste Wirkungsgrad der festphasenbeschichteten S3-Probe waren am niedrigsten, was darauf hindeutet, dass nur die Kohlenstoffbeschichtung der porösen Struktur durchgeführt wurde und die Kohlenstoffbeschichtung der inneren Silizium-Nanoblätter nicht durchgeführt wurde, was kein volles Spiel ermöglichen konnte auf die spezifische Kapazität des auf Silizium basierenden Materials und konnte die Oberfläche des auf Silizium basierenden Materials nicht schützen. Der erste Wirkungsgrad der S2-Probe ohne CNT war ebenfalls geringer als der des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials mit CNT, was darauf hindeutet, dass auf der Grundlage einer guten Beschichtungsschicht das leitfähige Netzwerk und ein höherer Grad an poröser Struktur zur Verbesserung beitragen der Lade- und Entladeeffizienz des Silizium-Kohlenstoff-Materials.
Das S1-Silizium-Kohlenstoff-Material wurde zur Herstellung einer kleinen Softpack-Vollbatterie verwendet, um die Geschwindigkeits- und Zyklusleistung 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 1C-Entladerate beträgt bis zu 98,3 %, die 2C-Entladerate sinkt jedoch auf 73,3 % und die 3C-Entladerate sinkt weiter auf 34,4 %. Um der Gruppe zum Austausch negativer Siliziumelektroden beizutreten, fügen Sie bitte WeChat hinzu: shimobang. In Bezug auf die Laderate betragen die Ladekapazitäten 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 immer noch 84,3 %. Betrachtet man jedoch die Ladekurve in Abbildung 8(b), ist die 2C-Ladeplattform deutlich größer als die 1C-Ladeplattform und ihre Ladekapazität bei konstanter Spannung macht den größten Teil (55 %) aus, was darauf hindeutet, dass die Polarisierung des 2C-Akkus vorhanden ist schon sehr groß. Das Silizium-Kohlenstoff-Material weist bei 1 °C eine gute Lade- und Entladeleistung auf, die strukturellen Eigenschaften des Materials müssen jedoch weiter verbessert werden, um eine höhere Geschwindigkeitsleistung zu erreichen. Wie in Abbildung 9 dargestellt, beträgt die Kapazitätserhaltungsrate nach 450 Zyklen 78 %, was eine gute Zyklusleistung zeigt.
Der Oberflächenzustand der Elektrode vor und nach dem Zyklus wurde mittels REM untersucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 10 dargestellt. Vor dem Zyklus ist die Oberfläche der Graphit- und Silizium-Kohlenstoff-Materialien klar [Abbildung 10(a)]; Nach dem Zyklus bildet sich offensichtlich eine Überzugsschicht auf der Oberfläche [Abbildung 10(b)], bei der es sich um einen dicken SEI-Film handelt. Rauheit des SEI-FilmsDer aktive Lithiumverbrauch ist hoch, was sich nicht positiv auf die Zyklusleistung auswirkt. Daher kann die Förderung der Bildung eines glatten SEI-Films (z. B. künstlicher SEI-Filmaufbau, Zugabe geeigneter Elektrolytzusätze usw.) die Zyklusleistung verbessern. Die REM-Querschnittsbeobachtung der Silizium-Kohlenstoff-Partikel nach dem Zyklus [Abbildung 10(c)] zeigt, dass die ursprünglichen streifenförmigen Silizium-Nanopartikel gröber geworden sind und die poröse Struktur im Wesentlichen beseitigt wurde. Dies ist hauptsächlich auf die kontinuierliche Volumenausdehnung und -kontraktion des Silizium-Kohlenstoff-Materials während des Zyklus zurückzuführen. Daher muss die poröse Struktur weiter verbessert werden, um ausreichend Pufferraum für die Volumenausdehnung des siliziumbasierten Materials bereitzustellen.
3 Fazit
Basierend auf der Volumenausdehnung, der schlechten Leitfähigkeit und der schlechten Grenzflächenstabilität von negativen Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis werden in diesem Artikel gezielte Verbesserungen vorgenommen, von der Morphologieformung von Silizium-Nanoblättern über den Aufbau poröser Strukturen, den Aufbau leitfähiger Netzwerke bis hin zur vollständigen Kohlenstoffbeschichtung der gesamten Sekundärpartikel , um die Stabilität von negativen Elektrodenmaterialien auf Siliziumbasis insgesamt zu verbessern. Durch die Ansammlung von Silizium-Nanoblättern kann eine poröse Struktur entstehen. Die Einführung von CNT wird die Bildung einer porösen Struktur weiter fördern. Das durch Flüssigphasenbeschichtung hergestellte Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial hat einen doppelten Kohlenstoffbeschichtungseffekt als das durch Festphasenbeschichtung hergestellte und weist eine höhere spezifische Kapazität und einen höheren Wirkungsgrad auf. Darüber hinaus ist die erste Effizienz des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials mit CNT höher als die ohne CNT, was hauptsächlich auf die höhere Fähigkeit der porösen Struktur zurückzuführen ist, die Volumenausdehnung von Materialien auf Siliziumbasis zu mildern. Die Einführung von CNT wird ein dreidimensionales leitfähiges Netzwerk aufbauen, die Leitfähigkeit von Materialien auf Siliziumbasis verbessern und eine gute Ratenleistung bei 1 °C zeigen; und das Material zeigt eine gute Zyklenleistung. Allerdings muss die poröse Struktur des Materials weiter verstärkt werden, um ausreichend Pufferraum für die Volumenausdehnung von Silizium bereitzustellen und die Bildung einer glatten Oberfläche zu fördernund ein dichter SEI-Film, um die Zyklusleistung des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials weiter zu verbessern.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. November 2024