Lithium-ion-batterijen ûntwikkelje benammen yn 'e rjochting fan hege enerzjytichtens. By keamertemperatuer, silisium-basearre negative elektrodes materialen alloy mei lithium te produsearje lithium-ryk produkt Li3.75Si faze, mei in spesifike kapasiteit fan maksimaal 3572 mAh / g, dat is folle heger as de teoretyske spesifike kapasiteit fan grafyt negative elektrodes 372 mAh/g. Tidens it werhelle oplaad- en ûntlaadproses fan silisium-basearre negative elektrodesmaterialen kin de fazetransformaasje fan Si en Li3.75Si lykwols enoarme folume-útwreiding produsearje (sawat 300%), wat sil liede ta struktureel poederjen fan elektrodesmaterialen en trochgeande formaasje fan SEI film, en úteinlik feroarsaakje de kapasiteit te sakjen fluch. De yndustry ferbettert benammen de prestaasjes fan silisium-basearre negative elektrodesmaterialen en de stabiliteit fan silisium-basearre batterijen troch nano-sizing, koalstofcoating, porefoarming en oare technologyen.
Koalstofmaterialen hawwe goede konduktiviteit, lege kosten en brede boarnen. Se kinne ferbetterje de conductivity en oerflak stabiliteit fan silisium-basearre materialen. Se wurde foarkar brûkt as additieven foar prestaasjesferbettering foar silisium-basearre negative elektroden. Silisium-koalstof materialen binne de mainstream ûntwikkeling rjochting fan silisium-basearre negative elektroden. Carbon coating kin ferbetterje it oerflak stabiliteit fan silisium-basearre materialen, mar syn fermogen om inhibit silisium folume útwreiding is algemien en kin net oplosse it probleem fan silisium folume útwreiding. Dêrom, om de stabiliteit fan silisium-basearre materialen te ferbetterjen, moatte poreuze struktueren wurde oanlein. Ball milling is in yndustrialisearre metoade foar it tarieden fan nanomaterialen. Ferskillende tafoegings as materiaal komponinten kinne wurde tafoege oan de slurry krigen troch bal milling neffens de ûntwerp easken fan it gearstalde materiaal. De slurry wurdt gelijkmatig ferspraat troch ferskate slurries en spray-droege. Tidens it instantane drogenproses sille de nanopartikels en oare komponinten yn 'e slurry spontaan poreuze strukturele skaaimerken foarmje. Dit papier brûkt yndustrialisearre en miljeufreonlike technology foar balfrezen en sproeidrogen om poreuze silisium-basearre materialen te meitsjen.
De prestaasjes fan silisium-basearre materialen kinne ek wurde ferbettere troch it regulearjen fan de morfology en distribúsje eigenskippen fan silisium nanomaterialen. Op it stuit, silisium-basearre materialen mei ferskate morphology en distribúsje skaaimerken binne taret, lykas silisium nanorods, poreuze grafyt ynbêde nanosilicium, nanosilicium ferdield yn koalstof sfearen, silisium / grafene array poreuze struktueren, ensfh Op deselde skaal, ferlike mei nanopartikels , Nanosheets kinne it ferpletteringsprobleem better ûnderdrukke troch folume-útwreiding, en it materiaal hat in hegere kompakteringstichtens. De ûnregelmjittige stapeling fan nanoblêden kin ek in poreuze struktuer foarmje. Om mei te dwaan oan 'e groep fan silisium negative elektrodes útwikseling. Soargje foar in bufferromte foar de folume útwreiding fan silisium materialen. De ynfiering fan koalstof nanotubes (CNT's) kin net allinich de konduktiviteit fan it materiaal ferbetterje, mar ek de formaasje fan poreuze struktueren fan it materiaal befoarderje troch syn iendiminsjonale morfologyske skaaimerken. D'r binne gjin rapporten oer poreuze struktueren konstruearre troch silisium nanoblêden en CNT's. Dit papier oannimt de yndustrieel tapasbere balfrezen, slypjen en fersprieden, sproeidrogen, koalstof foarcoating en kalsinaasjemetoaden, en yntroduseart poreuze promotors yn it tariedingsproses om poreuze silisium-basearre negative elektrodematerialen te meitsjen dy't foarme binne troch sels-assemblage fan silisium nanosheets en CNTs. It tariedingsproses is ienfâldich, miljeufreonlik, en gjin ôffalflüssigens of ôffalresidu wurdt generearre. Der binne in protte literatuer rapporten oer koalstof coating fan silisium-basearre materialen, mar der binne pear yngeande diskusjes oer it effekt fan coating. Dit papier brûkt asfalt as koalstofboarne om de effekten te ûndersykjen fan twa metoaden foar koalstofcoating, floeibere faze coating en fêste faze coating, op it coating effekt en de prestaasjes fan silisium-basearre negative elektrodesmaterialen.
1 Eksperimint
1.1 Materiaal tarieding
De tarieding fan poreuze silisium-koalstof gearstalde materialen omfiemet benammen fiif stappen: bal milling, grinding en dispersion, spray drogen, koalstof pre-coating en carbonization. Weagje earst 500 g fan inisjele silisiumpoeder (binnenlânsk, 99,99% suverens), foegje 2000 g isopropanol ta, en fiere wiete balfrezen op in balmûlesnelheid fan 2000 r / min foar 24 h om silisiumslurry op nano-skaal te krijen. De verkregen silisium slurry wurdt oerbrocht nei in dispersion transfer tank, en de materialen wurde tafoege neffens de massa ratio fan silisium: grafyt (produsearre yn Shanghai, batterij klasse): koalstof nanotubes (produsearre yn Tianjin, batterij klasse): polyvinyl pyrrolidon (produsearre) yn Tianjin, analytyske graad) = 40:60:1.5:2. Isopropanol wurdt brûkt om de fêste ynhâld oan te passen, en de fêste ynhâld is ûntwurpen om 15% te wêzen. Slijpen en dispersion wurde útfierd op in dispersion snelheid fan 3500 r / min foar 4 h. In oare groep slurries sûnder tafoegjen fan CNTs wurdt fergelike, en de oare materialen binne itselde. De krigen ferspraat slurry wurdt dan oerbrocht nei in sproeidrogen feeding tank, en spuiten drogen wurdt útfierd yn in stikstof-beskerme sfear, mei de yn- en útlaat temperatueren binne respektivelik 180 en 90 ° C. Dêrnei waarden twa soarten koalstofcoating fergelike, fêste faze coating en floeibere faze coating. De metoade foar fêste faze coating is: it spuitdroege poeder wurdt mingd mei 20% asfaltpoeder (makke yn Korea, D50 is 5 μm), mingd yn in meganyske mixer foar 10 min, en de mingsnelheid is 2000 r / min om te krijen pre-coated poeder. De floeibere faze-coatingmetoade is: it spray-droege poeder wurdt tafoege oan in xyleen-oplossing (makke yn Tianjin, analytyske klasse) mei 20% asfalt oplost yn it poeder mei in fêste ynhâld fan 55%, en fakuüm roerde gelijkmatig. Bake yn in fakuüm oven by 85 ℃ foar 4h, set yn in meganyske mixer foar it mingjen, de mingsnelheid is 2000 r / min, en de mingtiid is 10 min om foarôfgeand poeder te krijen. Uteinlik waard it pre-coated poeder yn in rotearjende oven ûnder in stikstofsfear kalsinearre by in ferwaarming fan 5 ° C / min. It waard earst hâlden op in konstante temperatuer fan 550 ° C foar 2h, doe fierder te ferwaarmjen oant 800 ° C en hâlden op in konstante temperatuer foar 2h, en dan natuerlik ôfkuolle oant ûnder 100 ° C en ûntslein om in silisium-koalstof te krijen gearstalde materiaal.
1.2 Karakterisaasje metoaden
De dieltsjegrutte ferdieling fan it materiaal waard analysearre mei in dieltsjegrutte tester (Mastersizer 2000 ferzje, makke yn it Feriene Keninkryk). De poeders krigen yn elke stap waarden hifke troch skennende elektroanenmikroskopie (Regulus8220, makke yn Japan) om de morfology en grutte fan 'e poeders te ûndersykjen. De fazestruktuer fan it materiaal waard analysearre mei in röntgenpulverdiffraksjeanalysator (D8 ADVANCE, makke yn Dútslân), en de elemintêre gearstalling fan it materiaal waard analysearre mei in enerzjyspektrumanalysator. De verkregen silisium-koalstof gearstalde materiaal waard brûkt foar it meitsjen fan in knop heale sel fan model CR2032, en de massa ratio fan silisium-koalstof: SP: CNT: CMC: SBR wie 92: 2: 2: 1,5: 2,5. De tsjinelektrode is in metalen lithiumblêd, de elektrolyt is in kommersjeel elektrolyt (model 1901, makke yn Korea), Celgard 2320 diafragma wurdt brûkt, it lading- en ûntlaadspanningsberik is 0,005-1,5 V, de lading- en ûntlaadstroom is 0,1 C (1C = 1A), en de discharge cut-off stroom is 0,05 C.
Om de prestaasjes fan silisium-koalstof gearstalde materialen fierder te ûndersykjen, waard laminearre lytse soft-pack batterij 408595 makke. De positive elektrodes brûkt NCM811 (makke yn Hunan, batterij klasse), en de negative elektrodes grafyt wurdt doped mei 8% silisium-koalstof materiaal. De positive elektrode slurry formule is 96% NCM811, 1,2% polyvinylidene fluoride (PVDF), 2% conductive agent SP, 0,8% CNT, en NMP wurdt brûkt as dispersant; de negative elektrode slurry formule is 96% gearstalde negative elektrodes materiaal, 1,3% CMC, 1,5% SBR 1,2% CNT, en wetter wurdt brûkt as dispersant. Nei it roeren, beklaaien, rôljen, snijden, laminearjen, ljepperlassen, ferpakking, bakken, floeibere ynjeksje, formaasje en kapasiteitsdieling, waarden 408595 laminearre lytse sêfte pakbatterijen mei in rated kapasiteit fan 3 Ah taret. De snelheidsprestaasjes fan 0.2C, 0.5C, 1C, 2C en 3C en de syklusprestaasjes fan 0.5C lading en 1C ûntslach waarden hifke. De lading- en ûntladingsspanning berik wie 2,8-4,2 V, konstante stroom en konstante spanning opladen, en de cut-off stroom wie 0,5C.
2 Resultaten en diskusje
It earste silisiumpoeder waard waarnommen troch skennenelektronenmikroskopie (SEM). It silisiumpoeder wie unregelmjittich granulêr mei in partikelgrutte fan minder dan 2μm, lykas werjûn yn figuer 1 (a). Nei it mûnen fan de bal waard de grutte fan it silisiumpoeder signifikant fermindere nei sawat 100 nm [figuer 1(b)]. De test foar partikelgrutte liet sjen dat de D50 fan it silisiumpoeder nei bolfrezen 110 nm wie en de D90 175 nm. In soarchfâldich ûndersiik fan 'e morfology fan silisiumpoeder nei balmûnen lit in flaky struktuer sjen (de formaasje fan' e flaky struktuer sil letter fierder ferifiearre wurde fan 'e cross-sectional SEM). Dêrom moatte de D90-gegevens krigen fan 'e partikelgruttetest de lingtedimensje fan it nanoblêd wêze. Yn kombinaasje mei de SEM-resultaten kin it beoardiele wurde dat de grutte fan 'e krigen nanoblêd lytser is as de krityske wearde fan 150 nm fan 'e brekking fan silisiumpoeder by it opladen en ûntladen yn op syn minst ien dimensje. De foarming fan 'e flaky morfology is benammen te tankjen oan' e ferskillende dissosjaasje-enerzjyen fan 'e kristalflakken fan kristallyn silisium, wêrby't it {111}-flean fan silisium in legere dissosjaasje-enerzjy hat as de {100} en {110} kristalfleanen. Dêrom, dit crystal fleanmasine is makliker thinned troch bal milling, en úteinlik foarmet in flaky struktuer. De flaky struktuer is befoarderlik foar it sammeljen fan losse struktueren, reservearret romte foar it folume útwreiding fan silisium, en ferbetteret de stabiliteit fan it materiaal.
De slurry mei nano-silisium, CNT en grafyt waard spuite, en it poeder foar en nei it spuiten waard ûndersocht troch SEM. De resultaten wurde werjûn yn figuer 2. De grafytmatrix tafoege foar it spuiten is in typyske flakstruktuer mei in grutte fan 5 oant 20 μm [figuer 2 (a)]. De dieltsjegrutte ferdielingstest fan grafyt lit sjen dat D50 15μm is. It poeder krigen nei spuiten hat in bolfoarmige morfology [figuer 2 (b)], en it kin sjoen wurde dat it grafyt wurdt coated troch de coating laach nei spuiten. De D50 fan it poeder nei spuiten is 26,2 μm. De morfologyske skaaimerken fan 'e sekundêre dieltsjes waarden waarnommen troch SEM, dy't de skaaimerken sjen litte fan in losse poreuze struktuer sammele troch nanomaterialen [Figure 2 (c)]. De poreuze struktuer is gearstald út silisium nanosheets en CNTs ferweve mei elkoar [figuer 2 (d)], en de test spesifike oerflak (BET) is sa heech as 53,3 m2 / g. Dêrom, nei it spuiten, silisium nanoblêden en CNT's sels gearstalle om in poreuze struktuer te foarmjen.
De poreuze laach waard behannele mei floeibere koalstof coating, en nei it tafoegjen fan koalstof coating foarrinner pitch en carbonization, waard SEM observaasje útfierd. De resultaten wurde werjûn yn figuer 3. Nei koalstof pre-coating wurdt it oerflak fan 'e sekundêre dieltsjes glêd, mei in dúdlike coating laach, en de coating is kompleet, lykas werjûn yn figueren 3 (a) en (b). Nei carbonization ûnderhâldt it oerflak coating laach in goede coating steat [figuer 3 (c)]. Dêrnjonken toant it dwerstrochsneed SEM-ôfbylding stripfoarmige nanopartikels [Figure 3 (d)], dy't oerienkomme mei de morfologyske skaaimerken fan nanoblêden, fierder ferifiearje de formaasje fan silisium nanoblêden nei balfrezen. Derneist lit figuer 3 (d) sjen dat d'r fillers binne tusken guon nanoblêden. Dit is benammen te tankjen oan it gebrûk fan metoade foar floeibere faze coating. De asfaltoplossing sil yn it materiaal penetrearje, sadat it oerflak fan 'e ynterne silisium nanoblêden in beskermjende laach fan koalstofcoating krijt. Dêrom, troch it brûken fan floeibere faze coating, neist it krijen fan it sekundêre dieltsje coating effekt, kin it dûbele koalstof coating effekt fan primêre dieltsje coating ek wurde krigen. De karbonisearre poeier waard hifke troch BET, en it testresultaat wie 22,3 m2 / g.
It karbonisearre poeder waard ûnderwurpen oan cross-sectional energy spectrum analysis (EDS), en de resultaten wurde werjûn yn figuer 4 (a). De mikrongrutte kearn is C-komponint, oerienkommende mei de grafytmatrix, en de bûtenste coating befettet silisium en soerstof. Om de struktuer fan silisium fierder te ûndersykjen, waard in röntgendiffraksje (XRD) test útfierd, en de resultaten wurde werjûn yn figuer 4 (b). It materiaal is benammen gearstald út grafyt en single-crystal silisium, mei gjin dúdlike silisium okside skaaimerken, wat oanjout dat de soerstof komponint fan de enerzjy spektrum test benammen komt út de natuerlike oksidaasje fan it silisium oerflak. It silisium-koalstof gearstalde materiaal wurdt opnommen as S1.
It taret silisium-koalstofmateriaal S1 waard ûnderwurpen oan knop-type healselproduksje en lading-ûntladingstests. De earste lading-ûntlading kromme wurdt werjûn yn figuer 5. De omkearbere spesifike kapasiteit is 1000,8 mAh / g, en de earste syklus effisjinsje is sa heech as 93,9%, dat is heger as de earste effisjinsje fan de measte silisium-basearre materialen sûnder pre- lithiation rapportearre yn 'e literatuer. De hege earste effisjinsje jout oan dat it taret silisium-koalstof gearstalde materiaal hege stabiliteit hat. Om de effekten fan poreuze struktuer, conductive netwurk en koalstofcoating te kontrolearjen op 'e stabiliteit fan silisium-koalstofmaterialen, waarden twa soarten silisium-koalstofmaterialen taret sûnder CNT ta te foegjen en sûnder primêre koalstofcoating.
De morfology fan de carbonized poeder fan de silisium-koalstof gearstalde materiaal sûnder tafoegjen fan CNT wurdt werjûn yn figuer 6. Nei floeibere faze coating en carbonization, in coating laach kin dúdlik sjoen wurde op it oerflak fan de sekundêre dieltsjes yn figuer 6 (a). De trochsneed SEM fan it karbonisearre materiaal wurdt werjûn yn figuer 6 (b). It stapeljen fan silisium nanoblêden hat poreuze skaaimerken, en de BET-test is 16,6 m2 / g. Lykwols, yn ferliking mei it gefal mei CNT [lykas werjûn yn figuer 3 (d), de BET test fan syn karbonisearre poeder is 22,3 m2 / g], de ynterne nano-silisium stacking tichtheid is heger, wat oanjout dat de tafoeging fan CNT kin befoarderje de foarming fan in poreuze struktuer. Derneist hat it materiaal gjin trijediminsjonaal konduktyf netwurk oanlein troch CNT. It silisium-koalstof gearstalde materiaal wurdt opnommen as S2.
De morfologyske skaaimerken fan it silisium-koalstof gearstalde materiaal taret troch fêste-fase koalstof coating wurde werjûn yn figuer 7. Nei carbonization, der is in dúdlik coating laach op it oerflak, lykas werjûn yn figuer 7 (a). Figuer 7(b) lit sjen dat d'r stripfoarmige nanopartikels binne yn 'e dwerstrochsneed, wat oerienkomt mei de morfologyske skaaimerken fan nanoblêden. De accumulation fan nanoblêden foarmet in poreuze struktuer. D'r is gjin dúdlike filler op it oerflak fan 'e ynterne nanoblêden, wat oanjout dat de koalstofcoating mei fêste faze allinich in koalstofcoating foarmet mei in poreuze struktuer, en d'r is gjin ynterne coatinglaach foar de silisium nanosheets. Dit silisium-koalstof gearstalde materiaal wurdt opnommen as S3.
De knop-type heal-sel lading en ûntlading test waard útfierd op S2 en S3. De spesifike kapasiteit en earste effisjinsje fan S2 wiene respektivelik 1120,2 mAh / g en 84,8%, en de spesifike kapasiteit en earste effisjinsje fan S3 wiene respektivelik 882,5 mAh / g en 82,9%. De spesifike kapasiteit en earste effisjinsje fan de solid-fase coated S3 sample wiene de leechste, wat oanjout dat allinnich de koalstof coating fan de poreuze struktuer waard útfierd, en de koalstof coating fan de ynterne silisium nanosheets waard net útfierd, dat koe net jaan folslein toanielstik oan 'e spesifike kapasiteit fan it silisium-basearre materiaal en koe it oerflak fan it silisium-basearre materiaal net beskermje. De earste effisjinsje fan 'e S2-monster sûnder CNT wie ek leger as dy fan it silisium-koalstof-kompositêre materiaal dat CNT befettet, wat oanjout dat op basis fan in goede coating laach, it conductive netwurk en in hegere graad fan poreuze struktuer befoarderlik binne foar de ferbettering fan de lading- en ûntladingseffisjinsje fan it silisium-koalstofmateriaal.
It S1 silisium-koalstofmateriaal waard brûkt om in lyts sêftpakket folsleine batterij te meitsjen om de snelheidsprestaasjes en syklusprestaasjes te ûndersykjen. De ôflossing rate kromme wurdt werjûn yn figuer 8 (a). De ûntlaadkapasiteiten fan 0.2C, 0.5C, 1C, 2C en 3C binne respektivelik 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 en 1.021 Ah. De 1C-ûntladingsrate is sa heech as 98,3%, mar de 2C-ûntladingsrate sakket nei 73,3%, en de 3C-ûntladingsrate sakket fierder nei 34,4%. Om mei te dwaan oan 'e groep silisium negative elektrodes útwikseling, foegje asjebleaft WeChat: shimobang. Yn termen fan oplaadsnelheid binne de 0.2C, 0.5C, 1C, 2C en 3C oplaadkapasiteiten respektivelik 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 en 2.289 Ah. De 1C-oplaadrate is 96,7%, en de 2C-oplaadsnelheid berikt noch 84,3%. As jo lykwols de oplaadkurve yn figuer 8(b) observearje, is it 2C-oplaadplatfoarm signifikant grutter dan it 1C-oplaadplatfoarm, en syn konstante oplaadkapasiteit stiet foar de measte (55%), wat oanjout dat de polarisaasje fan 'e 2C oplaadbare batterij is al hiel grut. It silisium-koalstofmateriaal hat goede oplaad- en ûntlaadprestaasjes by 1C, mar de strukturele skaaimerken fan it materiaal moatte fierder ferbettere wurde om prestaasjes mei hegere taryf te berikken. Lykas werjûn yn figuer 9, nei 450 syklusen, de kapasiteit retensjonsrate is 78%, showing goede syklus prestaasjes.
It oerflak steat fan de elektrodes foar en nei de syklus waard ûndersocht troch SEM, en de resultaten wurde werjûn yn figuer 10. Foardat de syklus, it oerflak fan de grafyt en silisium-koalstof materialen is dúdlik [figuer 10 (a)]; nei de syklus wurdt fansels in coating laach generearre op it oerflak [figuer 10 (b)], dat is in dikke SEI film. SEI film rûchheidDe aktive lithium konsumpsje is heech, dat is net befoarderlik foar de syklus prestaasjes. Dêrom kin it befoarderjen fan de foarming fan in glêde SEI-film (lykas keunstmjittige SEI-filmkonstruksje, it tafoegjen fan gaadlike elektrolyt-additiven, ensfh.) De syklusprestaasjes ferbetterje. De trochsneed SEM-observaasje fan 'e silisium-koalstofdieltsjes nei de syklus [figuer 10(c)] lit sjen dat de orizjinele stripfoarmige silisium-nanopartikels grober wurden binne en de poreuze struktuer yn prinsipe elimineare is. Dit is benammen te tankjen oan de trochgeande folume útwreiding en krimp fan it silisium-koalstof materiaal tidens de syklus. Dêrom moat de poreuze struktuer fierder ferbettere wurde om genôch bufferromte te leverjen foar it folume-útwreiding fan it silisium-basearre materiaal.
3 Konklúzje
Op grûn fan 'e folume-útwreiding, minne konduktiviteit en minne ynterface-stabiliteit fan silisium-basearre negative elektrodesmaterialen, makket dit papier rjochte ferbetterings, fan' e morfologyfoarming fan silisium nanoblêden, poreuze struktuerkonstruksje, konduktyf netwurkkonstruksje en folsleine koalstofcoating fan 'e heule sekundêre dieltsjes , om de stabiliteit fan silisium-basearre negative elektrodesmaterialen as gehiel te ferbetterjen. De accumulation fan silisium nanoblêden kin in poreuze struktuer foarmje. De ynfiering fan CNT sil de foarming fan in poreuze struktuer fierder befoarderje. De silisium-koalstof gearstalde materiaal taret troch floeibere faze coating hat in dûbele koalstof coating effekt dan dat taret troch fêste faze coating, en eksposearret hegere spesifike kapasiteit en earste effisjinsje. Derneist is de earste effisjinsje fan it silisium-koalstof-komposytmateriaal dat CNT befettet, heger as dat sûnder CNT, wat benammen te tankjen is oan 'e hegere graad fan poreuze struktuer's fermogen om de folume-útwreiding fan silisium-basearre materialen te ferleegjen. De ynfiering fan CNT sil konstruearje in trijediminsjonale conductive netwurk, ferbetterjen fan de conductivity fan silisium-basearre materialen, en sjen litte goede snelheid prestaasje by 1C; en it materiaal toant goede syklusprestaasjes. De poreuze struktuer fan it materiaal moat lykwols fierder fersterke wurde om genôch bufferromte te leverjen foar it folume útwreiding fan silisium, en it befoarderjen fan de foarming fan in glêdeen dichte SEI-film om de syklusprestaasjes fan it silisium-koalstof-komposite materiaal fierder te ferbetterjen.
Wy leverje ek grafyt- en silisiumkarbidprodukten mei hege suverens, dy't in protte brûkt wurde yn wafelferwurking lykas oksidaasje, diffúsje en annealing.
Wolkom alle klanten fan oer de hiele wrâld om ús te besykjen foar in fierdere diskusje!
https://www.vet-china.com/
Post tiid: Nov-13-2024