झरझरा सिलिकॉन कार्बन मिश्रित सामग्री की तैयारी और प्रदर्शन में सुधार

लिथियम-आयन बैटरियां मुख्य रूप से उच्च ऊर्जा घनत्व की दिशा में विकसित हो रही हैं। कमरे के तापमान पर, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री को लिथियम के साथ मिश्रित करके लिथियम-समृद्ध उत्पाद Li3.75Si चरण का उत्पादन किया जाता है, जिसकी विशिष्ट क्षमता 3572 mAh/g तक होती है, जो ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड 372 की सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता से बहुत अधिक है। एमएएच/जी. हालाँकि, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की बार-बार चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, Si और Li3.75Si का चरण परिवर्तन भारी मात्रा में विस्तार (लगभग 300%) उत्पन्न कर सकता है, जिससे इलेक्ट्रोड सामग्रियों की संरचनात्मक पाउडरिंग और निरंतर गठन हो सकता है। एसईआई फिल्म, और अंततः क्षमता में तेजी से गिरावट का कारण बनती है। उद्योग मुख्य रूप से नैनो-साइज़िंग, कार्बन कोटिंग, छिद्र निर्माण और अन्य प्रौद्योगिकियों के माध्यम से सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के प्रदर्शन और सिलिकॉन-आधारित बैटरियों की स्थिरता में सुधार करता है।

कार्बन सामग्री में अच्छी चालकता, कम लागत और व्यापक स्रोत होते हैं। वे सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की चालकता और सतह स्थिरता में सुधार कर सकते हैं। इन्हें सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए प्रदर्शन सुधार योजक के रूप में अधिमानतः उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन-कार्बन सामग्री सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड की मुख्यधारा विकास दिशा है। कार्बन कोटिंग सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की सतह स्थिरता में सुधार कर सकती है, लेकिन सिलिकॉन मात्रा विस्तार को रोकने की इसकी क्षमता सामान्य है और सिलिकॉन मात्रा विस्तार की समस्या का समाधान नहीं कर सकती है। इसलिए, सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की स्थिरता में सुधार करने के लिए, छिद्रपूर्ण संरचनाओं का निर्माण करने की आवश्यकता है। बॉल मिलिंग नैनोमटेरियल तैयार करने की एक औद्योगिक विधि है। मिश्रित सामग्री की डिज़ाइन आवश्यकताओं के अनुसार बॉल मिलिंग द्वारा प्राप्त घोल में विभिन्न योजक या सामग्री घटकों को जोड़ा जा सकता है। घोल को विभिन्न घोलों में समान रूप से फैलाया जाता है और स्प्रे से सुखाया जाता है। तात्कालिक सुखाने की प्रक्रिया के दौरान, घोल में नैनोकण और अन्य घटक अनायास ही छिद्रपूर्ण संरचनात्मक विशेषताओं का निर्माण करेंगे। यह पेपर झरझरा सिलिकॉन-आधारित सामग्री तैयार करने के लिए औद्योगिक और पर्यावरण के अनुकूल बॉल मिलिंग और स्प्रे सुखाने की तकनीक का उपयोग करता है।

सिलिकॉन नैनोमटेरियल्स की आकृति विज्ञान और वितरण विशेषताओं को विनियमित करके सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों के प्रदर्शन में भी सुधार किया जा सकता है। वर्तमान में, विभिन्न आकारिकी और वितरण विशेषताओं के साथ सिलिकॉन-आधारित सामग्री तैयार की गई है, जैसे सिलिकॉन नैनोरोड्स, झरझरा ग्रेफाइट एम्बेडेड नैनोसिलिकॉन, कार्बन क्षेत्रों में वितरित नैनोसिलिकॉन, सिलिकॉन/ग्राफीन सरणी झरझरा संरचनाएं, आदि। नैनोकणों की तुलना में समान पैमाने पर , नैनोशीट्स वॉल्यूम विस्तार के कारण होने वाली क्रशिंग समस्या को बेहतर ढंग से दबा सकती हैं, और सामग्री में उच्च संघनन घनत्व होता है। नैनोशीट्स की अव्यवस्थित स्टैकिंग एक छिद्रपूर्ण संरचना भी बना सकती है। सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड विनिमय समूह में शामिल होने के लिए। सिलिकॉन सामग्री के आयतन विस्तार के लिए एक बफर स्थान प्रदान करें। कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) की शुरूआत न केवल सामग्री की चालकता में सुधार कर सकती है, बल्कि इसकी एक-आयामी रूपात्मक विशेषताओं के कारण सामग्री की छिद्रपूर्ण संरचनाओं के निर्माण को भी बढ़ावा दे सकती है। सिलिकॉन नैनोशीट्स और सीएनटी द्वारा निर्मित छिद्रपूर्ण संरचनाओं पर कोई रिपोर्ट नहीं है। यह पेपर औद्योगिक रूप से लागू बॉल मिलिंग, पीसने और फैलाव, स्प्रे सुखाने, कार्बन प्री-कोटिंग और कैल्सीनेशन विधियों को अपनाता है, और सिलिकॉन नैनोशीट्स की स्वयं-संयोजन द्वारा गठित छिद्रपूर्ण सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री तैयार करने के लिए तैयारी प्रक्रिया में छिद्रपूर्ण प्रमोटरों का परिचय देता है। सीएनटी. तैयारी प्रक्रिया सरल, पर्यावरण के अनुकूल है, और कोई अपशिष्ट तरल या अपशिष्ट अवशेष उत्पन्न नहीं होता है। सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की कार्बन कोटिंग पर कई साहित्यिक रिपोर्टें हैं, लेकिन कोटिंग के प्रभाव पर बहुत कम गहन चर्चा हुई है। यह पेपर कोटिंग प्रभाव और सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के प्रदर्शन पर दो कार्बन कोटिंग विधियों, तरल चरण कोटिंग और ठोस चरण कोटिंग के प्रभावों की जांच करने के लिए कार्बन स्रोत के रूप में डामर का उपयोग करता है।

1 प्रयोग

1.1 सामग्री की तैयारी

झरझरा सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की तैयारी में मुख्य रूप से पांच चरण शामिल हैं: बॉल मिलिंग, पीस और फैलाव, स्प्रे सुखाने, कार्बन प्री-कोटिंग और कार्बोनाइजेशन। सबसे पहले, प्रारंभिक सिलिकॉन पाउडर (घरेलू, 99.99% शुद्धता) का 500 ग्राम वजन करें, 2000 ग्राम आइसोप्रोपेनॉल जोड़ें, और नैनो-स्केल सिलिकॉन घोल प्राप्त करने के लिए 24 घंटे के लिए 2000 आर/मिनट की बॉल मिलिंग गति पर गीली बॉल मिलिंग करें। प्राप्त सिलिकॉन घोल को एक फैलाव स्थानांतरण टैंक में स्थानांतरित किया जाता है, और सामग्रियों को सिलिकॉन के द्रव्यमान अनुपात के अनुसार जोड़ा जाता है: ग्रेफाइट (शंघाई में उत्पादित, बैटरी ग्रेड): कार्बन नैनोट्यूब (तियानजिन में उत्पादित, बैटरी ग्रेड): पॉलीविनाइल पायरोलिडोन (उत्पादित) तियानजिन में, विश्लेषणात्मक ग्रेड) = 40:60:1.5:2। आइसोप्रोपेनॉल का उपयोग ठोस सामग्री को समायोजित करने के लिए किया जाता है, और ठोस सामग्री को 15% डिज़ाइन किया गया है। पीसने और फैलाव को 4 घंटे के लिए 3500 आर/मिनट की फैलाव गति पर किया जाता है। सीएनटी जोड़े बिना घोल के एक अन्य समूह की तुलना की जाती है, और अन्य सामग्रियां समान हैं। प्राप्त बिखरे हुए घोल को फिर एक स्प्रे सुखाने वाले फीडिंग टैंक में स्थानांतरित किया जाता है, और स्प्रे सुखाने को नाइट्रोजन-संरक्षित वातावरण में किया जाता है, जिसमें इनलेट और आउटलेट तापमान क्रमशः 180 और 90 डिग्री सेल्सियस होता है। फिर दो प्रकार की कार्बन कोटिंग की तुलना की गई, ठोस चरण कोटिंग और तरल चरण कोटिंग। ठोस चरण कोटिंग विधि है: स्प्रे-सूखे पाउडर को 20% डामर पाउडर (कोरिया में निर्मित, D50 5 माइक्रोन) के साथ मिलाया जाता है, 10 मिनट के लिए एक यांत्रिक मिक्सर में मिलाया जाता है, और प्राप्त करने के लिए मिश्रण की गति 2000 आर / मिनट होती है पूर्व लेपित पाउडर. तरल चरण कोटिंग विधि है: स्प्रे-सूखे पाउडर को जाइलीन समाधान (टियांजिन, विश्लेषणात्मक ग्रेड में बनाया गया) में जोड़ा जाता है, जिसमें 55% की ठोस सामग्री पर पाउडर में 20% डामर घुल जाता है, और वैक्यूम समान रूप से हिलाया जाता है। 4 घंटे के लिए 85℃ पर वैक्यूम ओवन में बेक करें, मिश्रण के लिए एक यांत्रिक मिक्सर में डालें, मिश्रण की गति 2000 आर/मिनट है, और पूर्व-लेपित पाउडर प्राप्त करने के लिए मिश्रण का समय 10 मिनट है। अंत में, पूर्व-लेपित पाउडर को 5°C/मिनट की ताप दर पर नाइट्रोजन वातावरण के तहत एक रोटरी भट्ठे में कैलक्लाइंड किया गया। इसे पहले 550°C के स्थिर तापमान पर 2 घंटे तक रखा गया, फिर 800°C तक गर्म किया गया और 2 घंटे तक स्थिर तापमान पर रखा गया, और फिर स्वाभाविक रूप से 100°C से नीचे ठंडा किया गया और सिलिकॉन-कार्बन प्राप्त करने के लिए डिस्चार्ज किया गया। मिश्रित सामग्री.

1.2 लक्षण वर्णन विधियाँ

सामग्री के कण आकार वितरण का विश्लेषण कण आकार परीक्षक (यूके में निर्मित मास्टरसाइज़र 2000 संस्करण) का उपयोग करके किया गया था। पाउडर की आकृति विज्ञान और आकार की जांच करने के लिए प्रत्येक चरण में प्राप्त पाउडर का परीक्षण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (जापान में निर्मित रेगुलस 8220) को स्कैन करके किया गया था। सामग्री की चरण संरचना का विश्लेषण एक एक्स-रे पाउडर विवर्तन विश्लेषक (जर्मनी में निर्मित D8 एडवांस) का उपयोग करके किया गया था, और सामग्री की मौलिक संरचना का विश्लेषण एक ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग करके किया गया था। प्राप्त सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री का उपयोग मॉडल CR2032 के बटन अर्ध-सेल बनाने के लिए किया गया था, और सिलिकॉन-कार्बन का द्रव्यमान अनुपात: SP: CNT: CMC: SBR 92:2:2:1.5:2.5 था। काउंटर इलेक्ट्रोड एक धातु लिथियम शीट है, इलेक्ट्रोलाइट एक वाणिज्यिक इलेक्ट्रोलाइट है (मॉडल 1901, कोरिया में निर्मित), सेल्गार्ड 2320 डायाफ्राम का उपयोग किया जाता है, चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज रेंज 0.005-1.5 वी है, चार्ज और डिस्चार्ज करंट 0.1 सी है (1सी = 1ए), और डिस्चार्ज कट-ऑफ करंट 0.05 सी है।

सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्रियों के प्रदर्शन की और जांच करने के लिए, लेमिनेटेड छोटी सॉफ्ट-पैक बैटरी 408595 बनाई गई थी। सकारात्मक इलेक्ट्रोड NCM811 (हुनान, बैटरी ग्रेड में निर्मित) का उपयोग करता है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट को 8% सिलिकॉन-कार्बन सामग्री के साथ डोप किया जाता है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल सूत्र 96% एनसीएम811, 1.2% पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ), 2% प्रवाहकीय एजेंट एसपी, 0.8% सीएनटी है, और एनएमपी का उपयोग एक फैलाव के रूप में किया जाता है; नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल सूत्र 96% मिश्रित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री, 1.3% सीएमसी, 1.5% एसबीआर 1.2% सीएनटी है, और पानी का उपयोग फैलाव के रूप में किया जाता है। सरगर्मी, कोटिंग, रोलिंग, कटिंग, लेमिनेशन, टैब वेल्डिंग, पैकेजिंग, बेकिंग, तरल इंजेक्शन, गठन और क्षमता विभाजन के बाद, 3 एएच की रेटेड क्षमता वाली 408595 लेमिनेटेड छोटी सॉफ्ट पैक बैटरी तैयार की गईं। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C और 3C की दर प्रदर्शन और 0.5C चार्ज और 1C डिस्चार्ज के चक्र प्रदर्शन का परीक्षण किया गया। चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज रेंज 2.8-4.2 V थी, निरंतर करंट और निरंतर वोल्टेज चार्जिंग, और कट-ऑफ करंट 0.5C था।

2 परिणाम और चर्चा

प्रारंभिक सिलिकॉन पाउडर को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) द्वारा देखा गया था। सिलिकॉन पाउडर 2μm से कम के कण आकार के साथ अनियमित रूप से दानेदार था, जैसा कि चित्र 1 (ए) में दिखाया गया है। बॉल मिलिंग के बाद, सिलिकॉन पाउडर का आकार काफी कम होकर लगभग 100 एनएम हो गया [चित्र 1(बी)]। कण आकार परीक्षण से पता चला कि बॉल मिलिंग के बाद सिलिकॉन पाउडर का D50 110 एनएम और D90 175 एनएम था। बॉल मिलिंग के बाद सिलिकॉन पाउडर की आकृति विज्ञान की सावधानीपूर्वक जांच से एक परतदार संरचना दिखाई देती है (परतदार संरचना का गठन बाद में क्रॉस-अनुभागीय एसईएम से सत्यापित किया जाएगा)। इसलिए, कण आकार परीक्षण से प्राप्त D90 डेटा नैनोशीट की लंबाई का आयाम होना चाहिए। एसईएम परिणामों के साथ संयुक्त, यह अनुमान लगाया जा सकता है कि प्राप्त नैनोशीट का आकार कम से कम एक आयाम में चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान सिलिकॉन पाउडर के टूटने के 150 एनएम के महत्वपूर्ण मूल्य से छोटा है। परतदार आकृति विज्ञान का गठन मुख्य रूप से क्रिस्टलीय सिलिकॉन के क्रिस्टल विमानों की अलग-अलग पृथक्करण ऊर्जाओं के कारण होता है, जिनमें से {111} सिलिकॉन के तल में {100} और {110} क्रिस्टल विमानों की तुलना में कम पृथक्करण ऊर्जा होती है। इसलिए, इस क्रिस्टल तल को बॉल मिलिंग द्वारा अधिक आसानी से पतला किया जाता है, और अंत में एक परतदार संरचना बन जाती है। परतदार संरचना ढीली संरचनाओं के संचय के लिए अनुकूल है, सिलिकॉन के आयतन विस्तार के लिए स्थान आरक्षित करती है, और सामग्री की स्थिरता में सुधार करती है।

नैनो-सिलिकॉन, सीएनटी और ग्रेफाइट युक्त घोल का छिड़काव किया गया और छिड़काव से पहले और बाद में पाउडर की जांच एसईएम द्वारा की गई। परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं। छिड़काव से पहले जोड़ा गया ग्रेफाइट मैट्रिक्स 5 से 20 माइक्रोन के आकार के साथ एक विशिष्ट परत संरचना है [चित्रा 2 (ए)]। ग्रेफाइट के कण आकार वितरण परीक्षण से पता चलता है कि D50 15μm है। छिड़काव के बाद प्राप्त पाउडर की गोलाकार आकृति होती है [चित्र 2(बी)], और यह देखा जा सकता है कि छिड़काव के बाद ग्रेफाइट को कोटिंग परत द्वारा लेपित किया जाता है। छिड़काव के बाद पाउडर का D50 26.2 μm है। एसईएम द्वारा द्वितीयक कणों की रूपात्मक विशेषताओं का अवलोकन किया गया, जो नैनोमटेरियल्स द्वारा संचित एक ढीली छिद्रपूर्ण संरचना की विशेषताओं को दर्शाता है [चित्र 2(सी)]। छिद्रपूर्ण संरचना सिलिकॉन नैनोशीट्स और सीएनटी से बनी होती है जो एक-दूसरे के साथ जुड़े होते हैं [चित्रा 2 (डी)], और परीक्षण विशिष्ट सतह क्षेत्र (बीईटी) 53.3 एम 2/जी तक है। इसलिए, छिड़काव के बाद, सिलिकॉन नैनोशीट और सीएनटी एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाने के लिए स्वयं-इकट्ठे हो जाते हैं।

छिद्रपूर्ण परत को तरल कार्बन कोटिंग के साथ इलाज किया गया था, और कार्बन कोटिंग अग्रदूत पिच और कार्बोनाइजेशन जोड़ने के बाद, एसईएम अवलोकन किया गया था। परिणाम चित्र 3 में दिखाए गए हैं। कार्बन प्री-कोटिंग के बाद, द्वितीयक कणों की सतह एक स्पष्ट कोटिंग परत के साथ चिकनी हो जाती है, और कोटिंग पूरी हो जाती है, जैसा कि चित्र 3 (ए) और (बी) में दिखाया गया है। कार्बोनाइजेशन के बाद, सतह कोटिंग परत एक अच्छी कोटिंग स्थिति बनाए रखती है [चित्र 3(सी)]। इसके अलावा, क्रॉस-सेक्शनल एसईएम छवि पट्टी के आकार के नैनोकणों को दिखाती है [चित्रा 3 (डी)], जो नैनोशीट्स की रूपात्मक विशेषताओं के अनुरूप है, जो बॉल मिलिंग के बाद सिलिकॉन नैनोशीट्स के गठन की पुष्टि करता है। इसके अलावा, चित्र 3(डी) से पता चलता है कि कुछ नैनोशीट्स के बीच फिलर्स हैं। यह मुख्य रूप से तरल चरण कोटिंग विधि के उपयोग के कारण है। डामर समाधान सामग्री में प्रवेश करेगा, ताकि आंतरिक सिलिकॉन नैनोशीट्स की सतह को कार्बन कोटिंग सुरक्षात्मक परत प्राप्त हो सके। इसलिए, तरल चरण कोटिंग का उपयोग करके, द्वितीयक कण कोटिंग प्रभाव प्राप्त करने के अलावा, प्राथमिक कण कोटिंग का डबल कार्बन कोटिंग प्रभाव भी प्राप्त किया जा सकता है। कार्बोनाइज्ड पाउडर का परीक्षण बीईटी द्वारा किया गया था, और परीक्षण परिणाम 22.3 एम2/जी था।

कार्बोनाइज्ड पाउडर को क्रॉस-सेक्शनल एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषण (ईडीएस) के अधीन किया गया था, और परिणाम चित्र 4 (ए) में दिखाए गए हैं। माइक्रोन आकार का कोर सी घटक है, जो ग्रेफाइट मैट्रिक्स के अनुरूप है, और बाहरी कोटिंग में सिलिकॉन और ऑक्सीजन होते हैं। सिलिकॉन की संरचना की और जांच करने के लिए, एक एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) परीक्षण किया गया था, और परिणाम चित्र 4(बी) में दिखाए गए हैं। सामग्री मुख्य रूप से ग्रेफाइट और सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन से बनी है, जिसमें कोई स्पष्ट सिलिकॉन ऑक्साइड विशेषता नहीं है, जो दर्शाता है कि ऊर्जा स्पेक्ट्रम परीक्षण का ऑक्सीजन घटक मुख्य रूप से सिलिकॉन सतह के प्राकृतिक ऑक्सीकरण से आता है। सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री को S1 के रूप में दर्ज किया गया है।

तैयार सिलिकॉन-कार्बन सामग्री S1 को बटन-प्रकार के अर्ध-सेल उत्पादन और चार्ज-डिस्चार्ज परीक्षणों के अधीन किया गया था। पहला चार्ज-डिस्चार्ज वक्र चित्र 5 में दिखाया गया है। प्रतिवर्ती विशिष्ट क्षमता 1000.8 एमएएच/जी है, और पहले चक्र की दक्षता 93.9% तक है, जो बिना पूर्व-बिना अधिकांश सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की पहली दक्षता से अधिक है। साहित्य में लिथियेशन की सूचना दी गई है। उच्च प्रथम दक्षता इंगित करती है कि तैयार सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री में उच्च स्थिरता है। सिलिकॉन-कार्बन सामग्रियों की स्थिरता पर छिद्रपूर्ण संरचना, प्रवाहकीय नेटवर्क और कार्बन कोटिंग के प्रभावों को सत्यापित करने के लिए, सीएनटी जोड़े बिना और प्राथमिक कार्बन कोटिंग के बिना दो प्रकार की सिलिकॉन-कार्बन सामग्री तैयार की गई थी।

सीएनटी को जोड़े बिना सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री के कार्बोनाइज्ड पाउडर की आकृति विज्ञान चित्र 6 में दिखाया गया है। तरल चरण कोटिंग और कार्बोनाइजेशन के बाद, चित्र 6 (ए) में द्वितीयक कणों की सतह पर एक कोटिंग परत स्पष्ट रूप से देखी जा सकती है। कार्बोनाइज्ड सामग्री का क्रॉस-सेक्शनल एसईएम चित्र 6(बी) में दिखाया गया है। सिलिकॉन नैनोशीट्स की स्टैकिंग में छिद्रपूर्ण विशेषताएं हैं, और बीईटी परीक्षण 16.6 एम2/जी है। हालाँकि, सीएनटी के मामले की तुलना में [जैसा कि चित्र 3 (डी) में दिखाया गया है, इसके कार्बोनाइज्ड पाउडर का बीईटी परीक्षण 22.3 एम2/जी है], आंतरिक नैनो-सिलिकॉन स्टैकिंग घनत्व अधिक है, जो दर्शाता है कि सीएनटी को जोड़ने से बढ़ावा मिल सकता है एक झरझरा संरचना का निर्माण. इसके अलावा, सामग्री में सीएनटी द्वारा निर्मित त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क नहीं है। सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री को S2 के रूप में दर्ज किया गया है।

ठोस-चरण कार्बन कोटिंग द्वारा तैयार सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की रूपात्मक विशेषताओं को चित्र 7 में दिखाया गया है। कार्बोनाइजेशन के बाद, सतह पर एक स्पष्ट कोटिंग परत होती है, जैसा कि चित्र 7 (ए) में दिखाया गया है। चित्र 7(बी) से पता चलता है कि क्रॉस सेक्शन में पट्टी के आकार के नैनोकण हैं, जो नैनोशीट्स की रूपात्मक विशेषताओं से मेल खाते हैं। नैनोशीट्स का संचय एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाता है। आंतरिक नैनोशीट्स की सतह पर कोई स्पष्ट भराव नहीं है, जो दर्शाता है कि ठोस-चरण कार्बन कोटिंग केवल छिद्रपूर्ण संरचना के साथ कार्बन कोटिंग परत बनाती है, और सिलिकॉन नैनोशीट्स के लिए कोई आंतरिक कोटिंग परत नहीं है। यह सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री S3 के रूप में दर्ज की गई है।

बटन-प्रकार अर्ध-सेल चार्ज और डिस्चार्ज परीक्षण S2 और S3 पर आयोजित किया गया था। S2 की विशिष्ट क्षमता और पहली दक्षता क्रमशः 1120.2 mAh/g और 84.8% थी, और S3 की विशिष्ट क्षमता और पहली दक्षता क्रमशः 882.5 mAh/g और 82.9% थी। ठोस-चरण लेपित S3 नमूने की विशिष्ट क्षमता और पहली दक्षता सबसे कम थी, जो दर्शाता है कि केवल छिद्रपूर्ण संरचना की कार्बन कोटिंग का प्रदर्शन किया गया था, और आंतरिक सिलिकॉन नैनोशीट्स की कार्बन कोटिंग का प्रदर्शन नहीं किया गया था, जो पूर्ण खेल नहीं दे सका। सिलिकॉन-आधारित सामग्री की विशिष्ट क्षमता के लिए और सिलिकॉन-आधारित सामग्री की सतह की रक्षा नहीं कर सका। सीएनटी के बिना एस2 नमूने की पहली दक्षता भी सीएनटी युक्त सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की तुलना में कम थी, जो दर्शाता है कि एक अच्छी कोटिंग परत के आधार पर, प्रवाहकीय नेटवर्क और उच्च स्तर की छिद्रपूर्ण संरचना सुधार के लिए अनुकूल है। सिलिकॉन-कार्बन सामग्री की चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता।

दर प्रदर्शन और चक्र प्रदर्शन की जांच करने के लिए एक छोटी सॉफ्ट-पैक पूर्ण बैटरी बनाने के लिए S1 सिलिकॉन-कार्बन सामग्री का उपयोग किया गया था। डिस्चार्ज दर वक्र चित्र 8(ए) में दिखाया गया है। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C और 3C की डिस्चार्ज क्षमता क्रमशः 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 और 1.021 Ah है। 1C डिस्चार्ज दर 98.3% जितनी अधिक है, लेकिन 2C डिस्चार्ज दर गिरकर 73.3% हो जाती है, और 3C डिस्चार्ज दर और गिरकर 34.4% हो जाती है। सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड एक्सचेंज समूह में शामिल होने के लिए, कृपया WeChat जोड़ें: शिमोबैंग। चार्जिंग दर के संदर्भ में, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C और 3C चार्जिंग क्षमता क्रमशः 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 और 2.289 Ah है। 1C चार्जिंग दर 96.7% है, और 2C चार्जिंग दर अभी भी 84.3% तक पहुंचती है। हालाँकि, चित्र 8(बी) में चार्जिंग वक्र को देखते हुए, 2C चार्जिंग प्लेटफ़ॉर्म 1C चार्जिंग प्लेटफ़ॉर्म से काफी बड़ा है, और इसकी निरंतर वोल्टेज चार्जिंग क्षमता सबसे अधिक (55%) है, जो दर्शाता है कि 2C रिचार्जेबल बैटरी का ध्रुवीकरण है पहले से ही बहुत बड़ा. सिलिकॉन-कार्बन सामग्री में 1C पर अच्छा चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रदर्शन होता है, लेकिन उच्च दर प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए सामग्री की संरचनात्मक विशेषताओं में और सुधार करने की आवश्यकता होती है। जैसा कि चित्र 9 में दिखाया गया है, 450 चक्रों के बाद, क्षमता प्रतिधारण दर 78% है, जो अच्छे चक्र प्रदर्शन को दर्शाता है।

चक्र से पहले और बाद में इलेक्ट्रोड की सतह की स्थिति की जांच एसईएम द्वारा की गई थी, और परिणाम चित्र 10 में दिखाए गए हैं। चक्र से पहले, ग्रेफाइट और सिलिकॉन-कार्बन सामग्री की सतह स्पष्ट है [चित्रा 10 (ए)]; चक्र के बाद, सतह पर स्पष्ट रूप से एक कोटिंग परत उत्पन्न होती है [चित्र 10(बी)], जो एक मोटी एसईआई फिल्म है। एसईआई फिल्म खुरदरापन सक्रिय लिथियम खपत अधिक है, जो चक्र प्रदर्शन के लिए अनुकूल नहीं है। इसलिए, एक चिकनी एसईआई फिल्म के निर्माण को बढ़ावा देना (जैसे कृत्रिम एसईआई फिल्म निर्माण, उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट एडिटिव्स जोड़ना, आदि) चक्र प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। चक्र के बाद सिलिकॉन-कार्बन कणों के क्रॉस-अनुभागीय एसईएम अवलोकन से पता चलता है कि मूल पट्टी के आकार के सिलिकॉन नैनोकण मोटे हो गए हैं और छिद्रपूर्ण संरचना मूल रूप से समाप्त हो गई है। यह मुख्य रूप से चक्र के दौरान सिलिकॉन-कार्बन सामग्री के निरंतर मात्रा विस्तार और संकुचन के कारण होता है। इसलिए, सिलिकॉन-आधारित सामग्री के आयतन विस्तार के लिए पर्याप्त बफर स्थान प्रदान करने के लिए छिद्रपूर्ण संरचना को और अधिक बढ़ाने की आवश्यकता है।

3 निष्कर्ष

सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के आयतन विस्तार, खराब चालकता और खराब इंटरफ़ेस स्थिरता के आधार पर, यह पेपर सिलिकॉन नैनोशीट्स के आकारिकी आकार, छिद्रपूर्ण संरचना निर्माण, प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण और संपूर्ण माध्यमिक कणों की पूर्ण कार्बन कोटिंग से लक्षित सुधार करता है। , संपूर्ण रूप से सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की स्थिरता में सुधार करने के लिए। सिलिकॉन नैनोशीट्स का संचय एक छिद्रपूर्ण संरचना बना सकता है। सीएनटी की शुरूआत से छिद्रपूर्ण संरचना के निर्माण को और बढ़ावा मिलेगा। तरल चरण कोटिंग द्वारा तैयार सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री में ठोस चरण कोटिंग द्वारा तैयार की तुलना में दोगुना कार्बन कोटिंग प्रभाव होता है, और उच्च विशिष्ट क्षमता और पहली दक्षता प्रदर्शित करता है। इसके अलावा, सीएनटी युक्त सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की पहली दक्षता सीएनटी के बिना तुलना में अधिक है, जो मुख्य रूप से सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों के वॉल्यूम विस्तार को कम करने के लिए छिद्रपूर्ण संरचना की उच्च डिग्री की क्षमता के कारण है। सीएनटी की शुरूआत एक त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क का निर्माण करेगी, सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की चालकता में सुधार करेगी, और 1C पर अच्छा दर प्रदर्शन दिखाएगी; और सामग्री अच्छा चक्र प्रदर्शन दिखाती है। हालाँकि, सिलिकॉन के आयतन विस्तार के लिए पर्याप्त बफर स्थान प्रदान करने और एक चिकनी के निर्माण को बढ़ावा देने के लिए सामग्री की छिद्रपूर्ण संरचना को और मजबूत करने की आवश्यकता हैऔर सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री के चक्र प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए सघन एसईआई फिल्म।

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