Litio-jonaj kuirilaroj ĉefe disvolviĝas en la direkto de alta energia denseco. Ĉe ĉambra temperaturo, silicio-bazita negativa elektrodo materialoj alojo kun litio por produkti litio-riĉa produkto Li3.75Si fazo, kun specifa kapablo de ĝis 3572 mAh/g, kiu estas multe pli alta ol la teoria specifa kapablo de grafito negativa elektrodo 372 mAh/g. Tamen, dum la ripeta ŝarĝo kaj malŝarĝo de silicio-bazitaj negativaj elektrodaj materialoj, la faza transformo de Si kaj Li3.75Si povas produkti grandegan voluman ekspansion (ĉirkaŭ 300%), kio kondukos al struktura pulvorado de elektrodaj materialoj kaj kontinua formado de SEI filmo, kaj finfine kaŭzi la kapablon fali rapide. La industrio ĉefe plibonigas la agadon de silicio-bazitaj negativaj elektrodaj materialoj kaj la stabilecon de silicio-bazitaj kuirilaroj per nano-grandeco, karbona tegaĵo, porformado kaj aliaj teknologioj.
Karbonmaterialoj havas bonan konduktivecon, malaltan koston, kaj larĝajn fontojn. Ili povas plibonigi la konduktivecon kaj surfacan stabilecon de silicio-bazitaj materialoj. Ili estas preferate utiligitaj kiel agado-plibonigaldonaĵoj por silici-bazitaj negativaj elektrodoj. Silicio-karbonaj materialoj estas la ĉefa evoludirekto de silici-bazitaj negativaj elektrodoj. Karbona tegaĵo povas plibonigi la surfacan stabilecon de silicio-bazitaj materialoj, sed ĝia kapablo malhelpi silician volumenan ekspansion estas ĝenerala kaj ne povas solvi la problemon de silicia volumena ekspansio. Tial, por plibonigi la stabilecon de silicio-bazitaj materialoj, poraj strukturoj devas esti konstruitaj. Pilkmuelado estas industriigita metodo por preparado de nanomaterialoj. Malsamaj aldonaĵoj aŭ materialaj komponantoj povas esti aldonitaj al la suspensiaĵo akirita per pilka muelado laŭ la dezajnaj postuloj de la kompona materialo. La suspensiaĵo estas egale disigita tra diversaj suspensiaĵoj kaj ŝprucigita. Dum la tuja sekiga procezo, la nanopartikloj kaj aliaj komponantoj en la suspensiaĵo spontanee formos porajn strukturajn trajtojn. Ĉi tiu papero uzas industriigitan kaj ekologie amikan pilkan mueladon kaj ŝpruc-sekigadon por prepari porajn siliciajn materialojn.
La agado de silicio-bazitaj materialoj ankaŭ povas esti plibonigita reguligante la morfologion kaj distribuokarakterizaĵojn de siliciaj nanomaterialoj. Nuntempe oni preparis silicio-bazitajn materialojn kun diversaj morfologioj kaj distribuaj trajtoj, kiaj siliciaj nanobastonoj, pora grafito enigita nanosilicio, nanosilicio distribuita en karbonsferoj, silicio/grafena tabelo poraj strukturoj ktp. Samskale, kompare kun nanopartikloj. , nanofolioj povas pli bone subpremi la disbatantan problemon kaŭzitan de volumena ekspansio, kaj la materialo havas pli altan kompaktan densecon. La malorda stakiĝo de nanotukoj ankaŭ povas formi poran strukturon. Aliĝi al la silicia negativa elektrodo-interŝanĝa grupo. Provizu bufran spacon por la volumena ekspansio de siliciaj materialoj. La enkonduko de karbonaj nanotuboj (CNT) povas ne nur plibonigi la konduktivecon de la materialo, sed ankaŭ antaŭenigi la formadon de poraj strukturoj de la materialo pro ĝiaj unudimensiaj morfologiaj trajtoj. Ekzistas neniuj raportoj pri poraj strukturoj konstruitaj per siliciaj nanotukoj kaj CNToj. Ĉi tiu papero adoptas la industrie aplikeblajn pilkmueladon, mueladon kaj disvastigon, ŝprucsekigadon, karbonan antaŭkovradon kaj kalcinajn metodojn, kaj enkondukas porajn iniciatintojn en la preparprocezon por prepari porajn silicio-bazitajn negativajn elektrodmaterialojn formitajn per mem-muntado de siliciaj nanofolioj kaj CNT-oj. La preparprocezo estas simpla, ekologiema, kaj neniu malŝparo likvaĵo aŭ rubrestaĵo estas generita. Ekzistas multaj literaturaj raportoj pri karbona tegaĵo de silici-bazitaj materialoj, sed ekzistas malmultaj profundaj diskutoj pri la efiko de tegaĵo. Ĉi tiu artikolo uzas asfalton kiel la karbonfonton por esplori la efikojn de du karbonaj tegmetodoj, likva faza tegaĵo kaj solidfaza tegaĵo, sur la tega efiko kaj la agado de silicio-bazitaj negativaj elektrodaj materialoj.
1 Eksperimento
1.1 Materiala preparado
La preparado de poraj silicio-karbonaj kunmetitaj materialoj ĉefe inkluzivas kvin paŝojn: pilka muelado, muelado kaj disvastigo, ŝprucaĵo, karbona antaŭkovraĵo kaj karboniĝo. Unue, pezu 500 g da komenca silicia pulvoro (hejma, 99,99% pureco), aldonu 2000 g da izopropanolo, kaj faru malsekan pilkan mueladon je pilka muelado rapideco de 2000 r/min dum 24 h por akiri nanoskalan silician suspension. La akirita silicio suspensiaĵo estas transdonita al disvastiga transiga tanko, kaj la materialoj estas aldonitaj laŭ la amasproporcio de silicio: grafito (produktita en Ŝanhajo, baterio-grado): karbonaj nanotuboj (produktitaj en Tianjin, baterio-grado): polivinil-pirolidono (produktita). en Tianjin, analiza grado) = 40:60:1.5:2. Izopropanolo estas uzata por ĝustigi la solidan enhavon, kaj la solida enhavo estas desegnita por esti 15%. Muelado kaj disvastigo estas faritaj kun disvastigrapideco de 3500 r/min dum 4 h. Alia grupo de suspensiaĵoj sen aldonado de CNT-oj estas komparata, kaj la aliaj materialoj estas la samaj. La akirita disigita suspensiaĵo tiam estas transdonita al ŝprucsekiga manĝotanko, kaj ŝprucsekigado estas farita en nitrogen-protektita atmosfero, kie la enirejo kaj elirejo temperaturoj estas 180 kaj 90 °C, respektive. Tiam du specoj de karbona tegaĵo estis komparitaj, solidfaza tegaĵo kaj likva faza tegaĵo. La solidfaza tega metodo estas: la ŝpruc-sekigita pulvoro estas miksita kun 20% asfalta pulvoro (farita en Koreio, D50 estas 5 μm), miksita en mekanika miksilo dum 10 min, kaj la miksa rapido estas 2000 r/min por akiri. antaŭkovrita pulvoro. La likva faza tegmetodo estas: la ŝpruc-sekigita pulvoro estas aldonita al xilena solvaĵo (farita en Tianjin, analiza grado) enhavanta 20% asfalton solvita en la pulvoro je solida enhavo de 55%, kaj vakuo movita egale. Baku en vakua forno je 85℃ dum 4 horoj, metu en mekanikan miksilon por miksi, la miksa rapido estas 2000 r/min, kaj la miksa tempo estas 10 min por akiri antaŭkovritan pulvoron. Fine, la antaŭkovrita pulvoro estis kalcinita en rotacianta forno sub nitrogena atmosfero kun varmrapideco de 5 °C/min. Ĝi unue estis konservita je konstanta temperaturo de 550 °C dum 2 h, poste daŭre varmiĝis ĝis 800 °C kaj konservita ĉe konstanta temperaturo dum 2 h, kaj poste nature malvarmetigita ĝis sub 100 °C kaj eligita por akiri silicio-karbonon. kunmetita materialo.
1.2 Karakterizaj metodoj
La partiklograndecdistribuo de la materialo estis analizita uzante partiklograndecan testilon (Mastersizer 2000 versio, farita en la UK). La pulvoroj akiritaj en ĉiu paŝo estis testitaj per skanado de elektrona mikroskopio (Regulus8220, farita en Japanio) por ekzameni la morfologion kaj grandecon de la pulvoroj. La fazstrukturo de la materialo estis analizita per rentgena pulvora difrakto-analizilo (D8 ADVANCE, farita en Germanio), kaj la elementa konsisto de la materialo estis analizita per energispektra analizilo. La akirita silicio-karbona kunmetaĵo estis uzita por fari butonan duonĉelon de modelo CR2032, kaj la masproporcio de silicio-karbono: SP: CNT: CMC: SBR estis 92:2:2:1.5:2.5. La kontraŭelektrodo estas metala litia folio, la elektrolito estas komerca elektrolito (modelo 1901, farita en Koreio), Celgard 2320 diafragmo estas uzata, la ŝarĝa kaj malŝarĝa tensio-intervalo estas 0,005-1,5 V, la ŝarĝo kaj malŝarĝa kurento estas 0,1 C. (1C = 1A), kaj la senŝargiĝkurento estas 0,05 C.
Por plue esplori la agadon de silicio-karbonaj kunmetitaj materialoj, lamenigita malgranda mola paka kuirilaro 408595 estis farita. La pozitiva elektrodo uzas NCM811 (faritan en Hunan, baterio-grado), kaj la negativa elektrodo grafito estas dopita kun 8% silicio-karbona materialo. La pozitiva elektroda suspensiaĵo-formulo estas 96% NCM811, 1.2% polivinilidena fluorido (PVDF), 2% konduktiva agento SP, 0.8% CNT, kaj NMP estas uzata kiel dispersanto; la negativa elektroda suspensiaĵo formulo estas 96% komponita negativa elektroda materialo, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, kaj akvo estas uzata kiel dispersant. Post kirlado, tegado, rulado, tranĉado, laminado, klapeta veldado, pakado, bakado, likva injekto, formado kaj kapacita divido, 408595 lamenigitaj malgrandaj molaj pakaj kuirilaroj kun taksita kapablo de 3 Ah estis preparitaj. La kurza agado de 0.2C, 0.5C, 1C, 2C kaj 3C kaj la cikla agado de 0.5C ŝargo kaj 1C malŝarĝo estis provita. La ŝarga kaj malŝarĝa tensiointervalo estis 2.8-4.2 V, konstanta kurento kaj konstanta tensio ŝargado, kaj la detranĉa fluo estis 0.5C.
2 Rezultoj kaj Diskuto
La komenca silicia pulvoro estis observita per skanado de elektrona mikroskopio (SEM). La silicia pulvoro estis neregule grajneca kun partikla grandeco malpli ol 2μm, kiel montrite en Figuro 1 (a). Post pilka muelado, la grandeco de la silicia pulvoro estis signife reduktita al ĉirkaŭ 100 nm [Figuro 1 (b)]. La partiklogranda testo montris, ke la D50 de la silicia pulvoro post pilkmuelado estis 110 nm kaj la D90 estis 175 nm. Zorgema ekzameno de la morfologio de silicia pulvoro post pilkmuelado montras flokan strukturon (la formado de la floka strukturo estos plue kontrolita de la sekca SEM poste). Tial, la D90-datenoj akiritaj de la partiklograndeco-testo devus esti la longdimensio de la nanofolio. Kombinite kun la SEM-rezultoj, oni povas juĝi, ke la grandeco de la akirita nanofolio estas pli malgranda ol la kritika valoro de 150 nm de la rompo de silicia pulvoro dum ŝarĝo kaj malŝarĝo en almenaŭ unu dimensio. La formado de la floka morfologio ŝuldiĝas ĉefe al la malsamaj disigenergioj de la kristalaj ebenoj de kristala silicio, inter kiuj la {111} ebeno de silicio havas pli malaltan disociĝenergion ol la {100} kaj {110} kristalebenoj. Tial, ĉi tiu kristala ebeno estas pli facile maldensigita per pilkmuelado, kaj finfine formas flokan strukturon. La floka strukturo estas favora al la amasiĝo de malfiksaj strukturoj, rezervas spacon por la volumena ekspansio de silicio kaj plibonigas la stabilecon de la materialo.
La suspensiaĵo enhavanta nano-silicon, CNT kaj grafiton estis ŝprucita, kaj la pulvoro antaŭ kaj post ŝprucado estis ekzamenita per SEM. La rezultoj estas montritaj en Figuro 2. La grafita matrico aldonita antaŭ ŝprucigado estas tipa floka strukturo kun grandeco de 5 ĝis 20 μm [Figuro 2 (a)]. La partiklogranda distributesto de grafito montras ke D50 estas 15μm. La pulvoro akirita post ŝprucado havas sferan morfologion [Figuro 2 (b)], kaj oni povas vidi, ke la grafito estas kovrita de la tega tavolo post ŝprucado. La D50 de la pulvoro post ŝprucado estas 26,2 μm. La morfologiaj karakterizaĵoj de la sekundaraj partikloj estis observitaj per SEM, montrante la karakterizaĵojn de loza pora strukturo akumulita per nanomaterialoj [Figuro 2 (c)]. La pora strukturo estas kunmetita de siliciaj nanofolioj kaj CNT-oj interplektitaj unu kun la alia [Figuro 2 (d)], kaj la testa specifa surfacareo (BET) estas same alta kiel 53.3 m2/g. Tial, post ŝprucado, siliciaj nanofolioj kaj CNT-oj mem-kunmetas por formi poran strukturon.
La pora tavolo estis traktita per likva karbona tegaĵo, kaj post aldonado de karbona tegaĵo antaŭulo kaj karboniĝo, SEM-observo estis efektivigita. La rezultoj estas montritaj en Figuro 3. Post karbona antaŭ-tegaĵo, la surfaco de la sekundaraj partikloj fariĝas glata, kun evidenta tega tavolo, kaj la tegaĵo estas kompleta, kiel montrite en Figuroj 3 (a) kaj (b). Post karboniĝo, la surfaca tega tavolo konservas bonan tegan staton [Figuro 3 (c)]. Krome, la transsekca SEM-bildo montras strioformajn nanopartiklojn [Figuro 3 (d)], kiuj respondas al la morfologiaj karakterizaĵoj de nanofolioj, plue kontrolante la formadon de siliciaj nanofolioj post pilka muelado. Krome, Figuro 3 (d) montras ke ekzistas plenigaĵoj inter kelkaj nanofolioj. Ĉi tio estas ĉefe pro la uzo de likva faza tegmetodo. La asfalta solvo penetros en la materialon, tiel ke la surfaco de la internaj siliciaj nanofolioj akiras karbonan tegan protektan tavolon. Sekve, uzante likvan fazan tegaĵon, krom akiri la sekundaran partiklan tegaĵon, la duobla karbona tegaĵo de primara partikla tegaĵo ankaŭ povas esti akirita. La karbonigita pulvoro estis provita de BET, kaj la testrezulto estis 22.3 m2/g.
La karbonigita pulvoro estis submetita al trans-sekca energia spektro-analizo (EDS), kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro 4 (a). La mikron-granda kerno estas C-komponento, responda al la grafita matrico, kaj la ekstera tegaĵo enhavas silicion kaj oksigenon. Por plue esplori la strukturon de silicio, X-radia difrakto (XRD) testo estis farita, kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro 4 (b). La materialo estas ĉefe kunmetita de grafito kaj unu-kristala silicio, sen evidentaj siliciooksidaj trajtoj, indikante, ke la oksigena komponanto de la energia spektro-testo ĉefe devenas de la natura oksidiĝo de la silicia surfaco. La silicio-karbona kunmetaĵo estas registrita kiel S1.
La preta silicio-karbona materialo S1 estis submetita al buton-speca duonĉela produktado kaj ŝargo-senŝargi testoj. La unua ŝargo-malŝarĝa kurbo estas montrita en Figuro 5. La reigebla specifa kapablo estas 1000,8 mAh/g, kaj la unua cikla efikeco estas same alta kiel 93,9%, kio estas pli alta ol la unua efikeco de la plej multaj silicio-bazitaj materialoj sen antaŭ- litiado raportita en la literaturo. La alta unua efikeco indikas, ke la preta silicio-karbona kunmetita materialo havas altan stabilecon. Por kontroli la efikojn de pora strukturo, kondukta reto kaj karbona tegaĵo sur la stabileco de silicio-karbonaj materialoj, du specoj de silicio-karbonaj materialoj estis preparitaj sen aldoni CNT kaj sen primara karbona tegaĵo.
La morfologio de la karbonigita pulvoro de la silicio-karbona kunmetita materialo sen aldono de CNT estas montrita en Figuro 6. Post likva faza tegaĵo kaj karboniĝo, kovra tavolo povas esti klare vidita sur la surfaco de la malĉefaj partikloj en Figuro 6 (a). La sekca SEM de la karbonigita materialo estas montrita en Figuro 6 (b). La stakiĝo de siliciaj nanotukoj havas porajn trajtojn, kaj la BET-testo estas 16.6 m2/g. Tamen, kompare kun la kazo kun CNT [kiel montrite en Figuro 3(d), la BET-testo de ĝia karbonigita pulvoro estas 22.3 m2/g], la interna nano-silicia stakdenso estas pli alta, indikante ke la aldono de CNT povas antaŭenigi. la formado de pora strukturo. Krome, la materialo ne havas tridimensian konduktan reton konstruitan de CNT. La silicio-karbona kunmetita materialo estas registrita kiel S2.
La morfologiaj karakterizaĵoj de la silicio-karbona kunmetita materialo preparita per solid-faza karbona tegaĵo estas montritaj en Figuro 7. Post karboniĝo, estas evidenta tega tavolo sur la surfaco, kiel montrite en Figuro 7(a). Figuro 7 (b) montras ke ekzistas strioformaj nanopartikloj en la sekco, kiu respondas al la morfologiaj karakterizaĵoj de nanotukoj. La amasiĝo de nanotukoj formas poran strukturon. Ne estas evidenta plenigaĵo sur la surfaco de la internaj nanofolioj, indikante ke la solid-faza karbona tegaĵo nur formas karbonan tegtavolon kun pora strukturo, kaj ekzistas neniu interna tega tavolo por la siliciaj nanotukoj. Ĉi tiu silicio-karbona kunmetaĵo estas registrita kiel S3.
La buton-speca duonĉela ŝarĝo kaj malŝarĝo-testo estis farita sur S2 kaj S3. La specifa kapablo kaj unua efikeco de S2 estis 1120.2 mAh/g kaj 84.8%, respektive, kaj la specifa kapablo kaj unua efikeco de S3 estis 882.5 mAh/g kaj 82.9%, respektive. La specifa kapablo kaj unua efikeco de la solid-faza kovrita S3-specimeno estis la plej malaltaj, indikante ke nur la karbona tegaĵo de la pora strukturo estis farita, kaj la karbona tegaĵo de la internaj siliciaj nanofolioj ne estis farita, kio ne povis doni plenan ludon. al la specifa kapablo de la silicio-bazita materialo kaj ne povis protekti la surfacon de la silicio-bazita materialo. La unua efikeco de la specimeno S2 sen CNT ankaŭ estis pli malalta ol tiu de la silicio-karbona kunmetita materialo enhavanta CNT, indikante, ke surbaze de bona tega tavolo, la kondukta reto kaj pli alta grado de pora strukturo estas favoraj al la plibonigo. de la ŝarĝo kaj malŝarĝo efikeco de la silicio-karbona materialo.
La S1-silicio-karbona materialo estis uzata por fari malgrandan mol-pakaĵon plenan kuirilaron por ekzameni la kurzaktivecon kaj ciklo-rendimenton. La kurbo de malŝarĝo estas montrita en Figuro 8 (a). La malŝarĝaj kapabloj de 0.2C, 0.5C, 1C, 2C kaj 3C estas 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 kaj 1.021 Ah, respektive. La 1C-elflua indico estas same alta kiel 98.3%, sed la 2C-elflua indico falas al 73.3%, kaj la 3C-a-malŝarĝa indico plu falas al 34.4%. Por aliĝi al la interŝanĝa grupo de silicia negativa elektrodo, bonvolu aldoni WeChat: shimobang. Koncerne al ŝargado, la ŝarĝaj kapabloj 0.2C, 0.5C, 1C, 2C kaj 3C estas 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 kaj 2.289 Ah, respektive. La ŝarĝa indico de 1C estas 96.7%, kaj la ŝarĝa indico de 2C ankoraŭ atingas 84.3%. Tamen, observante la ŝargan kurbon en Figuro 8(b), la ŝarĝa platformo 2C estas signife pli granda ol la ŝarĝa platformo 1C, kaj ĝia konstanta tensio-ŝarĝa kapablo respondecas pri la plej granda parto (55%), indikante, ke la polusiĝo de la reŝargebla baterio 2C estas. jam tre granda. La silicio-karbona materialo havas bonan ŝargan kaj malŝarĝan agadon ĉe 1C, sed la strukturaj trajtoj de la materialo devas esti plu plibonigitaj por atingi pli altan indicon. Kiel montrite en Figuro 9, post 450 cikloj, la kapacita retenprocento estas 78%, montrante bonan ciklan rendimenton.
La surfaca stato de la elektrodo antaŭ kaj post la ciklo estis esplorita de SEM, kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro 10. Antaŭ la ciklo, la surfaco de la grafito kaj silicio-karbona materialoj estas klara [Figuro 10 (a)]; post la ciklo, tegaĵtavolo estas evidente generita sur la surfaco [Figuro 10 (b)], kiu estas dika SEI-filmo. SEI-filma malglatecoLa aktiva litio-konsumo estas alta, kio ne favoras al la cikla agado. Sekve, antaŭenigi la formadon de glata SEI-filmo (kiel artefarita SEI-filma konstruo, aldonante taŭgajn elektrolitajn aldonaĵojn, ktp.) povas plibonigi la ciklan rendimenton. La transsekca SEM-observo de la silici-karbonaj partikloj post la ciklo [Figuro 10(c)] montras, ke la originaj strioformaj siliciaj nanopartikloj fariĝis pli krudaj kaj la pora strukturo estis esence eliminita. Ĉi tio estas ĉefe pro la kontinua volumena ekspansio kaj kuntiriĝo de la silicio-karbona materialo dum la ciklo. Tial, la pora strukturo devas esti plu plibonigita por disponigi sufiĉan bufran spacon por la volumena vastiĝo de la silicio-bazita materialo.
3 Konkludo
Surbaze de la volumena ekspansio, malbona kondukteco kaj malbona interfaco-stabileco de silicio-bazitaj negativaj elektrodaj materialoj, ĉi tiu papero faras celitajn plibonigojn, de la morfologia formado de siliciaj nanofolioj, pora strukturo-konstruo, kondukta reto-konstruo kaj kompleta karbona tegaĵo de la tutaj malĉefaj partikloj. , por plibonigi la stabilecon de silicio-bazitaj negativaj elektrodaj materialoj entute. La amasiĝo de siliciaj nanotukoj povas formi poran strukturon. La enkonduko de CNT plu antaŭenigos la formadon de pora strukturo. La silicio-karbona kunmetita materialo preparita per likva faza tegaĵo havas duoblan karbonan tegan efikon ol tiu preparita per solidfaza tegaĵo, kaj elmontras pli altan specifan kapaciton kaj unuan efikecon. Krome, la unua efikeco de la silicio-karbona kunmetita materialo enhavanta CNT estas pli alta ol tiu sen CNT, kio estas ĉefe pro la pli alta grado de la kapablo de pora strukturo mildigi la volumenan ekspansion de silicio-bazitaj materialoj. La enkonduko de CNT konstruos tridimensian konduktan reton, plibonigos la konduktivecon de silicio-bazitaj materialoj kaj montros bonan imposton-agadon ĉe 1C; kaj la materialo montras bonan ciklan rendimenton. Tamen, la pora strukturo de la materialo devas esti plifortigita por disponigi sufiĉan bufran spacon por la volumena ekspansio de silicio, kaj antaŭenigi la formadon de glata.kaj densa SEI-filmo por plu plibonigi la ciklan agadon de la silicio-karbona kunmetita materialo.
Ni ankaŭ provizas altpurajn grafitajn kaj siliciajn karburajn produktojn, kiuj vaste uzataj en la pretigo de oblatoj kiel oksigenado, disvastigo kaj recocido.
Bonvenigu iujn ajn klientojn el la tuta mondo por viziti nin por plia diskuto!
https://www.vet-china.com/
Afiŝtempo: Nov-13-2024