छिद्रयुक्त सिलिकॉन कार्बन मिश्रित सामग्रियों की तैयारी और प्रदर्शन में सुधार

लिथियम-आयन बैटरियाँ मुख्य रूप से उच्च ऊर्जा घनत्व की दिशा में विकसित हो रही हैं। कमरे के तापमान पर, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री लिथियम के साथ मिश्र धातु बनाती है, जिससे लिथियम-समृद्ध उत्पाद Li3.75Si चरण का उत्पादन होता है, जिसकी विशिष्ट क्षमता 3572 mAh/g तक होती है, जो कि ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता 372 mAh/g से बहुत अधिक है। हालाँकि, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की बार-बार चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, Si और Li3.75Si के चरण परिवर्तन से बहुत अधिक मात्रा में विस्तार (लगभग 300%) हो सकता है, जिससे इलेक्ट्रोड सामग्रियों का संरचनात्मक पाउडरिंग और SEI फिल्म का निरंतर निर्माण होगा, और अंत में क्षमता में तेजी से गिरावट आएगी। उद्योग मुख्य रूप से नैनो-साइजिंग, कार्बन कोटिंग, छिद्र निर्माण और अन्य तकनीकों के माध्यम से सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के प्रदर्शन और सिलिकॉन-आधारित बैटरी 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। उन्हें 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 वॉल्यूम विस्तार को रोकने की इसकी क्षमता सामान्य है और सिलिकॉन वॉल्यूम विस्तार की समस्या को हल 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 घटक जोड़े जा सकते हैं। घोल को विभिन्न घोलों के माध्यम से समान रूप से फैलाया जाता है और स्प्रे-सूखा जाता है। तात्कालिक सुखाने की प्रक्रिया के दौरान, घोल में नैनोकण और अन्य घटक स्वचालित रूप से छिद्रपूर्ण संरचनात्मक विशेषताओं का निर्माण करेंगे। यह पेपर छिद्रपूर्ण सिलिकॉन-आधारित सामग्री तैयार करने के लिए औद्योगिक और पर्यावरण के अनुकूल बॉल मिलिंग और स्प्रे सुखाने की तकनीक का उपयोग करता है।

सिलिकॉन नैनोमटेरियल की आकृति विज्ञान और वितरण विशेषताओं को विनियमित करके सिलिकॉन आधारित सामग्रियों के प्रदर्शन में भी सुधार किया जा सकता है। वर्तमान में, विभिन्न आकृति विज्ञान और वितरण विशेषताओं के साथ सिलिकॉन आधारित सामग्री तैयार की गई है, जैसे कि सिलिकॉन नैनोरोड, छिद्रपूर्ण ग्रेफाइट एम्बेडेड नैनोसिलिकॉन, कार्बन क्षेत्रों में वितरित नैनोसिलिकॉन, सिलिकॉन / ग्रेफीन सरणी छिद्रपूर्ण संरचनाएं, आदि। समान पैमाने पर, नैनोकणों की तुलना में, नैनोशीट वॉल्यूम विस्तार के कारण होने वाली क्रशिंग समस्या को बेहतर ढंग से दबा सकती हैं, और सामग्री में उच्च संघनन घनत्व होता है। नैनोशीट का अव्यवस्थित स्टैकिंग भी एक छिद्रपूर्ण संरचना बना सकता है। सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड एक्सचेंज समूह में शामिल होने के लिए। सिलिकॉन सामग्री के आयतन विस्तार के लिए एक बफर स्थान प्रदान करें। कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) 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 गठन को भी बढ़ावा दे सकती है। सिलिकॉन नैनोशीट और CNTs द्वारा निर्मित छिद्रपूर्ण संरचनाओं पर कोई रिपोर्ट नहीं है। यह पत्र औद्योगिक रूप से लागू बॉल मिलिंग, पीस और फैलाव, स्प्रे सुखाने, कार्बन प्री-कोटिंग और कैल्सीनेशन विधियों को अपनाता है, और सिलिकॉन नैनोशीट और सीएनटी के स्व-संयोजन द्वारा गठित छिद्रपूर्ण सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री तैयार करने के लिए तैयारी प्रक्रिया में छिद्रपूर्ण प्रमोटरों का परिचय देता है। तैयारी की प्रक्रिया सरल, पर्यावरण के अनुकूल है, और कोई अपशिष्ट तरल या अपशिष्ट अवशेष उत्पन्न नहीं होता है। सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों के कार्बन कोटिंग पर कई साहित्य रिपोर्ट हैं, लेकिन कोटिंग के प्रभाव पर कुछ गहन चर्चाएँ हैं। यह पत्र कार्बन स्रोत के रूप में डामर का उपयोग दो कार्बन कोटिंग विधियों, तरल चरण कोटिंग और ठोस चरण कोटिंग के प्रभावों की जांच करने के लिए करता है, जो सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के कोटिंग प्रभाव और प्रदर्शन पर है।

1 प्रयोग

1.1 सामग्री की तैयारी

झरझरा सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की तैयारी में मुख्य रूप से पाँच चरण शामिल हैं: बॉल मिलिंग, पीसना और फैलाव, स्प्रे सुखाने, कार्बन प्री-कोटिंग और कार्बोनाइजेशन। सबसे पहले, 500 ग्राम प्रारंभिक सिलिकॉन पाउडर (घरेलू, 99.99% शुद्धता) का वजन करें, 2000 ग्राम आइसोप्रोपेनॉल मिलाएं, और नैनो-स्केल सिलिकॉन घोल प्राप्त करने के लिए 24 घंटे के लिए 2000 आर/मिनट की बॉल मिलिंग गति से गीली बॉल मिलिंग करें। प्राप्त सिलिकॉन घोल को फैलाव हस्तांतरण टैंक में स्थानांतरित किया जाता है, और सामग्री को सिलिकॉन के द्रव्यमान अनुपात के अनुसार जोड़ा जाता है: ग्रेफाइट (शंघाई में उत्पादित, बैटरी ग्रेड): कार्बन नैनोट्यूब (टियांजिन में उत्पादित, बैटरी ग्रेड): पॉलीविनाइल पाइरोलिडोन (टियांजिन में उत्पादित, 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% होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। पीसने और फैलाने का काम 4 घंटे के लिए 3500 आर/मिनट की फैलाव गति से किया जाता है। सीएनटी को जोड़े बिना घोल के दूसरे समूह की तुलना की जाती है, और अन्य सामग्रियाँ समान होती हैं। प्राप्त फैलाए गए 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 होते हैं। 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 है) के साथ मिलाया जाता है, 10 मिनट के लिए एक यांत्रिक मिक्सर में मिलाया जाता है, और प्री-कोटेड पाउडर प्राप्त करने के लिए मिश्रण की गति 2000 आर/मिनट होती है। तरल चरण कोटिंग विधि है: स्प्रे-सूखे पाउडर को एक ज़ाइलीन समाधान (टियांजिन में निर्मित, विश्लेषणात्मक ग्रेड) में जोड़ा जाता है जिसमें 55% की ठोस सामग्री पर पाउडर में 20% डामर भंग होता है, और वैक्यूम में समान रूप से हिलाया जाता है। 4 घंटे के लिए 85 ℃ पर एक 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 डिग्री सेल्सियस / मिनट की हीटिंग दर पर नाइट्रोजन वातावरण के तहत एक रोटरी भट्ठी में शांत किया गया था। इसे पहले 2 घंटे के लिए 550 डिग्री सेल्सियस के निरंतर तापमान पर रखा गया था

1.2 लक्षण वर्णन विधियाँ

कण आकार परीक्षक (मास्टरसाइज़र 2000 संस्करण, यूके में निर्मित) का उपयोग करके सामग्री के कण आकार वितरण का विश्लेषण किया गया। प्रत्येक चरण में प्राप्त पाउडर का परीक्षण स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (जापान में निर्मित रेगुलस 8220) द्वारा किया गया ताकि पाउडर की आकृति विज्ञान और आकार की जांच की जा सके। सामग्री की चरण संरचना का विश्लेषण एक्स-रे पाउडर विवर्तन विश्लेषक (जर्मनी में निर्मित D8 एडवांस) का उपयोग करके किया गया था, और सामग्री की मौलिक संरचना का विश्लेषण ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग करके किया गया था। प्राप्त सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री का उपयोग मॉडल CR2032 का बटन हाफ-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 (मॉडल 1901, कोरिया में निर्मित) है, सेल्गार्ड 2320 डायाफ्राम का उपयोग किया जाता है, चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज रेंज 0.005-1.5 V है, चार्ज और डिस्चार्ज करंट 0.1 C (1C = 1A) है, और डिस्चार्ज कट-ऑफ करंट 0.05 C है।

सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्रियों के प्रदर्शन की आगे की जांच करने के लिए, लेमिनेटेड छोटी सॉफ्ट-पैक बैटरी 408595 बनाई गई थी। सकारात्मक इलेक्ट्रोड NCM811 (हुनान में निर्मित, बैटरी ग्रेड) का उपयोग करता है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट को 8% सिलिकॉन-कार्बन सामग्री के साथ डोप किया जाता है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल सूत्र 96% NCM811, 1.2% पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (PVDF), 2% प्रवाहकीय एजेंट SP, 0.8% CNT है, और NMP को एक फैलाव के रूप में उपयोग किया जाता है; नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल सूत्र 96% समग्र नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT है, और पानी को एक फैलाव के रूप में उपयोग किया जाता है। सरगर्मी, कोटिंग, रोलिंग, कटिंग, लेमिनेशन, टैब वेल्डिंग, पैकेजिंग, बेकिंग, लिक्विड इंजेक्शन, निर्माण और क्षमता विभाजन के बाद, 3 Ah की रेटेड क्षमता वाली 408595 लेमिनेटेड छोटी सॉफ्ट पैक बैटरी तैयार की गईं। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C और 3C के 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, निरंतर करंट और निरंतर वोल्टेज चार्जिंग थी, और कट-ऑफ करंट 0.5C था।

2 परिणाम और चर्चा

प्रारंभिक सिलिकॉन पाउडर को स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) द्वारा देखा गया था। सिलिकॉन पाउडर अनियमित रूप से दानेदार था जिसका कण आकार 2μm से कम था, जैसा कि चित्र 1(a) में दिखाया गया है। बॉल मिलिंग के बाद, सिलिकॉन पाउडर का आकार काफी कम होकर लगभग 100 nm हो गया [चित्र 1(b)]। कण आकार परीक्षण से पता चला कि बॉल मिलिंग के बाद सिलिकॉन पाउडर का D50 110 nm था और D90 175 nm था। बॉल मिलिंग के बाद सिलिकॉन पाउडर की आकृति विज्ञान की सावधानीपूर्वक जांच एक परतदार संरचना दिखाती है (परतदार संरचना के गठन को बाद में क्रॉस-सेक्शनल SEM से और सत्यापित किया जाएगा)। इसलिए, कण आकार परीक्षण से प्राप्त D90 डेटा नैनोशीट का लंबाई आयाम होना चाहिए। SEM 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 nm के महत्वपूर्ण मूल्य से छोटा है। परतदार आकृति विज्ञान का निर्माण मुख्य रूप से क्रिस्टलीय सिलिकॉन के क्रिस्टल तलों की अलग-अलग पृथक्करण ऊर्जाओं के कारण होता है, जिनमें से सिलिकॉन के {111} तल में {100} और {110} क्रिस्टल तलों 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 बनती 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 एक विशिष्ट परतदार संरचना है जिसका आकार 5 से 20 माइक्रोन [चित्र 2(ए)] है। ग्रेफाइट के कण आकार वितरण परीक्षण से पता चलता है कि डी50 15 माइक्रोन है। छिड़काव के बाद प्राप्त पाउडर में गोलाकार आकृति विज्ञान होता है [चित्र 2(बी)], और यह देखा जा सकता है कि छिड़काव के बाद ग्रेफाइट कोटिंग परत द्वारा लेपित होता है। छिड़काव के बाद पाउडर का डी50 26.2 माइक्रोन है। द्वितीयक कणों की रूपात्मक विशेषताओं को एसईएम द्वारा देखा गया, छिद्रपूर्ण संरचना सिलिकॉन नैनोशीट और सीएनटी से बनी होती है जो एक दूसरे से जुड़ी होती हैं [चित्र 2(डी)], और परीक्षण विशिष्ट सतह क्षेत्र (बीईटी) 53.3 एम2/जी जितना अधिक होता है। इसलिए, छिड़काव के बाद, सिलिकॉन नैनोशीट और सीएनटी एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाने के लिए खुद को इकट्ठा करते हैं।

छिद्रपूर्ण परत का उपचार तरल कार्बन कोटिंग से किया गया और कार्बन कोटिंग अग्रदूत पिच और कार्बनीकरण जोड़ने के बाद, SEM अवलोकन किया गया। परिणाम चित्रा 3 में दिखाए गए हैं। कार्बन प्री-कोटिंग के बाद, द्वितीयक कणों की सतह चिकनी हो जाती है, एक स्पष्ट कोटिंग परत के साथ, और कोटिंग पूरी हो जाती है, जैसा कि आंकड़े 3 (ए) और (बी) में दिखाया गया है। कार्बनीकरण के बाद, सतह कोटिंग परत एक अच्छी कोटिंग स्थिति बनाए रखती है [चित्र 3 (सी)]। इसके अलावा, क्रॉस-सेक्शनल SEM छवि पट्टी के आकार के नैनोकणों को दिखाती है [चित्र 3 (डी)], जो नैनोशीट्स की रूपात्मक विशेषताओं के अनुरूप है, जो बॉल मिलिंग के बाद सिलिकॉन नैनोशीट्स के गठन को और सत्यापित करता है। इसके अलावा, चित्रा 3 (डी) से पता चलता है कि कुछ नैनोशीट्स के बीच भराव हैं 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। कार्बनीकृत पाउडर का परीक्षण बीईटी द्वारा किया गया, और परीक्षण का परिणाम 22.3 एम 2 / जी था।

कार्बनीकृत पाउडर को क्रॉस-सेक्शनल एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषण (EDS) के अधीन किया गया था, और परिणाम चित्र 4(a) में दिखाए गए हैं। माइक्रोन आकार का कोर C घटक है, जो ग्रेफाइट मैट्रिक्स के अनुरूप है, और बाहरी कोटिंग में सिलिकॉन और ऑक्सीजन शामिल हैं। सिलिकॉन की संरचना की आगे की जांच करने के लिए, एक एक्स-रे विवर्तन (XRD) परीक्षण किया गया था, और परिणाम चित्र 4(b) 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 mAh/g है, और पहले चक्र की दक्षता 93.9% जितनी अधिक है, जो साहित्य में रिपोर्ट किए गए प्री-लिथिएशन के बिना अधिकांश सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की पहली दक्षता से अधिक है। उच्च पहली 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, बिना CNT और बिना प्राथमिक कार्बन कोटिंग के दो प्रकार की सिलिकॉन-कार्बन सामग्री तैयार की गई।

सीएनटी मिलाए बिना सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री के कार्बोनेटेड पाउडर की आकृति को चित्र 6 में दिखाया गया है। लिक्विड फेज़ कोटिंग और कार्बोनाइजेशन के बाद, चित्र 6(ए) में द्वितीयक कणों की सतह पर एक कोटिंग परत स्पष्ट रूप से देखी जा सकती है। कार्बोनेटेड 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 एम 2/जी है। हालांकि, सीएनटी के मामले की तुलना में [जैसा कि चित्र 3(डी) में दिखाया गया है, इसके कार्बोनेटेड पाउडर का बीईटी परीक्षण 22.3 एम 2/जी है], आंतरिक नैनो-सिलिकॉन स्टैकिंग घनत्व अधिक है, जो दर्शाता है कि सीएनटी को जोड़ने से छिद्रपूर्ण संरचना के गठन को बढ़ावा मिल सकता है

ठोस-चरण कार्बन कोटिंग द्वारा तैयार सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की रूपात्मक विशेषताओं को चित्र 7 में दिखाया गया है। कार्बनीकरण 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 नैनोशीट की रूपात्मक विशेषताओं से मेल खाते हैं। नैनोशीट का संचय एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाता है। आंतरिक नैनोशीट की सतह पर कोई स्पष्ट भराव नहीं है, जो दर्शाता है कि ठोस-चरण कार्बन कोटिंग केवल एक छिद्रपूर्ण संरचना के साथ एक कार्बन कोटिंग परत बनाती है, और सिलिकॉन नैनोशीट के लिए कोई आंतरिक कोटिंग परत नहीं है। इस सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री को S3 के रूप में दर्ज किया गया 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, यह दर्शाता है कि केवल छिद्रपूर्ण संरचना की कार्बन कोटिंग की गई थी, और आंतरिक सिलिकॉन नैनोशीट की कार्बन कोटिंग नहीं की गई थी, जो सिलिकॉन-आधारित सामग्री की विशिष्ट क्षमता को पूरी तरह से नहीं दे सकती थी और सिलिकॉन-आधारित सामग्री की सतह की रक्षा नहीं कर सकती थी। CNT के बिना S2 नमूने की पहली दक्षता भी CNT युक्त सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की तुलना में कम थी, यह दर्शाता है कि एक अच्छी कोटिंग परत के आधार पर, प्रवाहकीय नेटवर्क और छिद्रपूर्ण संरचना की उच्च डिग्री सिलिकॉन-कार्बन सामग्री की चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता के सुधार के लिए अनुकूल है।

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 73.3% तक गिर जाती है, और 3C डिस्चार्ज दर 34.4% तक गिर जाती है। सिलिकॉन नेगेटिव इलेक्ट्रोड एक्सचेंज समूह में शामिल होने के लिए, कृपया WeChat: shimobang को जोड़ें। चार्जिंग दर के संदर्भ में, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C और 3C चार्जिंग क्षमताएं क्रमशः 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 और 2.289 Ah हैं। 1C चार्जिंग दर 96.7% है, और 2C चार्जिंग दर अभी भी 84.3% तक पहुँचती है। हालांकि, चित्र 8(b) में चार्जिंग वक्र को देखने पर, 2C चार्जिंग प्लेटफॉर्म 1C चार्जिंग प्लेटफॉर्म की तुलना में काफी बड़ा है, और इसकी निरंतर वोल्टेज चार्जिंग क्षमता सबसे अधिक (55%) के लिए जिम्मेदार है, जो दर्शाता है कि 2C रिचार्जेबल बैटरी का ध्रुवीकरण पहले से ही बहुत बड़ा है। सिलिकॉन-कार्बन सामग्री में 1C पर अच्छा चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रदर्शन होता है,

चक्र से पहले और बाद में इलेक्ट्रोड की सतह की स्थिति की SEM द्वारा जांच की गई थी, और परिणाम चित्रा 10 में दिखाए गए हैं। चक्र से पहले, ग्रेफाइट और सिलिकॉन-कार्बन सामग्री की सतह स्पष्ट है [चित्र 10 (ए)]; चक्र के बाद, सतह पर एक कोटिंग परत स्पष्ट रूप से उत्पन्न होती है [चित्र 10 (बी)], जो एक मोटी एसईआई फिल्म है। एसईआई फिल्म खुरदरापनसक्रिय लिथियम की खपत अधिक है, जो चक्र प्रदर्शन के लिए अनुकूल नहीं है। इसलिए, एक चिकनी एसईआई फिल्म के गठन को बढ़ावा देना (जैसे कृत्रिम एसईआई फिल्म निर्माण, उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट योजक जोड़ना, आदि) चक्र प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। चक्र के बाद सिलिकॉन-कार्बन कणों के क्रॉस-सेक्शनल एसईएम अवलोकन [चित्रा 10 (सी)] से पता चलता है कि मूल पट्टी के आकार के सिलिकॉन नैनोकण मोटे हो गए हैं इसलिए, सिलिकॉन आधारित सामग्री के आयतन विस्तार के लिए पर्याप्त बफर स्थान प्रदान करने हेतु 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 नैनोशीट के आकारिकी आकार, छिद्रपूर्ण संरचना निर्माण, प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण और पूरे माध्यमिक कणों के पूर्ण कार्बन कोटिंग से लक्षित सुधार करता है, ताकि सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों की स्थिरता में सुधार हो सके। सिलिकॉन नैनोशीट का संचय एक छिद्रपूर्ण संरचना बना सकता है। CNT की शुरूआत आगे एक छिद्रपूर्ण संरचना के गठन को बढ़ावा देगी। तरल चरण कोटिंग द्वारा तैयार सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री में ठोस चरण कोटिंग द्वारा तैयार की तुलना में एक डबल कार्बन कोटिंग प्रभाव होता है, और उच्च विशिष्ट क्षमता और पहली दक्षता प्रदर्शित करता है। इसके अलावा, CNT युक्त सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री की पहली दक्षता CNT के बिना की तुलना में अधिक है, जो मुख्य रूप से सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों के आयतन विस्तार को कम करने के लिए छिद्रपूर्ण संरचना की उच्च डिग्री की क्षमता के कारण है। CNT की शुरूआत एक त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क का निर्माण करेगी, सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों की चालकता में सुधार करेगी, और 1C पर अच्छी दर प्रदर्शन दिखाएगी; और सामग्री अच्छा चक्र प्रदर्शन दिखाती है। हालांकि, सिलिकॉन के आयतन विस्तार के लिए पर्याप्त बफर स्थान प्रदान करने और चिकनी सतह के निर्माण को बढ़ावा देने के लिए सामग्री की छिद्रपूर्ण संरचना को और मजबूत करने की आवश्यकता है।और सघन एसईआई फिल्म सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्री के चक्र प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए।

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