Batri ityòm-ion yo sitou devlope nan direksyon dansite enèji segondè. Nan tanperati chanm, Silisyòm ki baze sou negatif elektwòd materyèl alyaj ak ityòm yo pwodwi ityòm-rich pwodwi Li3.75Si faz, ak yon kapasite espesifik ki rive jiska 3572 mAh / g, ki se pi wo pase kapasite nan espesifik teyorik nan grafit negatif elektwòd 372. mAh/g. Sepandan, pandan pwosesis la repete chaje ak egzeyat nan materyèl elektwòd negatif ki baze sou Silisyòm, transfòmasyon faz nan Si ak Li3.75Si ka pwodwi gwo ekspansyon volim (apeprè 300%), ki pral mennen nan poud estriktirèl nan materyèl elektwòd ak fòmasyon kontinyèl nan SEI fim, epi finalman lakòz kapasite a tonbe rapidman. Endistri a sitou amelyore pèfòmans nan materyèl elektwòd negatif ki baze sou Silisyòm ak estabilite nan pil Silisyòm ki baze sou nan nano-gwosè, kouch kabòn, fòmasyon pò ak lòt teknoloji.
Materyèl kabòn gen bon konduktiviti, pri ki ba, ak sous lajè. Yo ka amelyore konduktiviti ak estabilite sifas materyèl ki baze sou Silisyòm. Yo preferans itilize kòm aditif amelyorasyon pèfòmans pou elektwòd negatif ki baze sou Silisyòm. Materyèl Silisyòm-kabòn yo se direksyon devlopman endikap nan elektwòd negatif ki baze sou Silisyòm. Kouch kabòn ka amelyore estabilite sifas materyèl ki baze sou Silisyòm, men kapasite li pou anpeche ekspansyon volim Silisyòm se jeneral epi li pa ka rezoud pwoblèm nan ekspansyon volim Silisyòm. Se poutèt sa, yo nan lòd yo amelyore estabilite nan materyèl Silisyòm ki baze sou, estrikti pore bezwen konstwi. Boul fraisage se yon metòd endistriyalize pou prepare nanomateryèl. Diferan aditif oswa konpozan materyèl yo ka ajoute nan sispansyon an jwenn pa fraisage boul selon kondisyon yo ki konsepsyon nan materyèl la konpoze. Sispansyon an respire gaye nan divès kalite lisier ak espre-seche. Pandan pwosesis la siye enstantane, nanopartikul yo ak lòt konpozan nan sispansyon an pral espontaneman fòme karakteristik estriktirèl pore. Papye sa a itilize fraisage boul endistriyalize ak zanmitay anviwònman an ak teknoloji siye espre pou prepare materyèl ki baze sou Silisyòm ki mouye.
Pèfòmans materyèl ki baze sou Silisyòm ka amelyore tou pa reglemante mòfoloji ak distribisyon karakteristik nan nanomateryèl Silisyòm. Kounye a, materyèl ki baze sou Silisyòm ak divès kalite mòfoloji ak karakteristik distribisyon yo te prepare, tankou nanowod Silisyòm, grafit ki mouye nanosilicon entegre, nanosilicon distribiye nan esfè kabòn, estrikti pore Silisyòm/grafèn, elatriye Nan menm echèl la, konpare ak nanopartikil. , Nanosheets ka pi byen siprime pwoblèm nan kraze ki te koze pa ekspansyon volim, ak materyèl la gen yon dansite konpaksyon ki pi wo. Dezord anpile nanosheets kapab tou fòme yon estrikti poreux. Pou rantre nan gwoup echanj elektwòd negatif Silisyòm. Bay yon espas tanpon pou ekspansyon volim materyèl Silisyòm. Entwodiksyon nan nanotub kabòn (CNTs) ka pa sèlman amelyore konduktiviti nan materyèl la, men tou, ankouraje fòmasyon nan estrikti pore nan materyèl la akòz karakteristik yon dimansyon mòfolojik li yo. Pa gen okenn rapò sou estrikti pore konstwi pa nanosheets Silisyòm ak CNTs. Papye sa a adopte endistriyèlman aplikab boul fraisage, fanm k'ap pile ak dispèsyon, espre siye, kabòn pre-kouvwi ak metòd kalsinasyon, ak entwodui pwomotè ki mouye nan pwosesis preparasyon an pou prepare materyèl pore Silisyòm ki baze sou elektwòd negatif ki te fòme pa pwòp tèt ou-asanble nan nanosheets Silisyòm ak CNT yo. Pwosesis preparasyon an se senp, zanmitay anviwònman an, epi pa gen okenn fatra likid oswa rezidi fatra pwodwi. Gen anpil rapò literati sou kouch kabòn nan materyèl Silisyòm ki baze sou, men gen kèk diskisyon an pwofondè sou efè a nan kouch. Papye sa a sèvi ak asfalt kòm sous kabòn pou mennen ankèt sou efè de metòd kouch kabòn, kouch faz likid ak kouch faz solid, sou efè a kouch ak pèfòmans nan materyèl elektwòd negatif ki baze sou Silisyòm.
1 Eksperyans
1.1 Preparasyon materyèl
Preparasyon materyèl ki mouye Silisyòm-kabòn konpoze sitou gen ladan senk etap: boul fraisage, fanm k'ap pile ak dispèsyon, siye espre, kabòn pre-kouch ak karbonizasyon. Premyèman, peze 500 g nan premye poud Silisyòm (domestik, 99.99% pite), ajoute 2000 g nan isopropanol, epi fè mouye boul fraisage nan yon vitès boul fraisage nan 2000 r / min pou 24 èdtan jwenn nano-echèl sispansyon Silisyòm. Se sispansyon an Silisyòm jwenn transfere nan yon tank transfè dispèsyon, ak materyèl yo ajoute dapre rapò a mas nan Silisyòm: grafit (pwodwi nan Shanghai, klas batri): nanotub kabòn (pwodwi nan Tianjin, klas batri): polyvinyl pyrrolidone (pwodwi nan Tianjin, klas analyse) = 40:60:1.5:2. Isopropanol yo itilize pou ajiste kontni solid la, epi kontni solid la fèt pou 15%. Manje ak dispèsyon yo fèt nan yon vitès dispèsyon nan 3500 r / min pou 4 èdtan. Yon lòt gwoup lisier san yo pa ajoute CNT yo konpare, ak lòt materyèl yo se menm bagay la. Lè sa a, lisier dispèse jwenn yo transfere nan yon tank manje siye espre, epi seche espre fèt nan yon atmosfè ki pwoteje nitwojèn, ak tanperati inlet ak priz yo se 180 ak 90 °C, respektivman. Lè sa a, de kalite kouch kabòn yo te konpare, kouch faz solid ak kouch faz likid. Metòd kouch faz solid la se: poud nan espre-seche melanje ak 20% poud asfalt (te fè nan Kore di, D50 se 5 μm), melanje nan yon mixer mekanik pou 10 min, ak vitès la melanje se 2000 r / min jwenn pre-kouvwi poud. Metòd kouch faz likid la se: poud espre-seche yo ajoute nan yon solisyon xylene (te fè nan Tianjin, klas analyse) ki gen 20% asfalt ki fonn nan poud lan nan yon kontni solid nan 55%, ak vakyòm brase respire. Kwit nan yon fou vakyòm nan 85 ℃ pou 4 èdtan, mete nan yon mixer mekanik pou melanje, vitès la melanje se 2000 r / min, ak tan an melanje se 10 minit jwenn poud pre-kouvwi. Finalman, poud pre-kouvwi a te kalsine nan yon au rotary anba yon atmosfè nitwojèn nan yon vitès chofaj nan 5 ° C / min. Li te premye kenbe nan yon tanperati konstan nan 550 ° C pou 2 h, Lè sa a, kontinye chofe jiska 800 ° C epi kenbe nan yon tanperati konstan pou 2 h, ak Lè sa a, natirèlman refwadi pi ba pase 100 ° C ak egzeyate yo jwenn yon Silisyòm-kabòn. materyèl konpoze.
1.2 Metòd karakterizasyon
Distribisyon gwosè patikil materyèl la te analize lè l sèvi avèk yon tèsteur gwosè patikil (Mastersizer 2000 vèsyon, te fè nan UK a). Poud yo jwenn nan chak etap yo te teste pa optik mikwoskòp elèktron (Regulus8220, te fè nan Japon) egzaminen mòfoloji a ak gwosè nan poud yo. Estrikti faz materyèl la te analize lè l sèvi avèk yon analizeur difraksyon poud radyografi (D8 ADVANCE, te fè nan Almay), epi yo te analize konpozisyon elemantè materyèl la lè l sèvi avèk yon analizè spectre enèji. Materyèl konpoze Silisyòm-kabòn ki te jwenn yo te itilize pou fè yon bouton mwatye selil modèl CR2032, ak rapò mas Silisyòm-kabòn: SP: CNT: CMC: SBR te 92:2:2:1.5:2.5. Elektwòd vann san preskripsyon an se yon fèy metal ityòm, elektwolit la se yon elektwolit komèsyal (modèl 1901, te fè nan Kore di), yo itilize dyafram Celgard 2320, ranje vòltaj chaj ak egzeyat la se 0.005-1.5 V, chaj ak egzeyat aktyèl la se 0.1 C. (1C = 1A), ak aktyèl koupe egzeyat la se 0.05 C.
Yo nan lòd yo plis envestige pèfòmans nan materyèl Silisyòm-kabòn konpoze, laminated ti mou-pake batri 408595 te fè. Elektwòd pozitif la sèvi ak NCM811 (te fè nan Hunan, klas batri), ak grafit elektwòd negatif la dope ak 8% materyèl Silisyòm-kabòn. Fòmil sispansyon elektwòd pozitif la se 96% NCM811, 1.2% fliyò polyvinylidene (PVDF), 2% ajan kondiktif SP, 0.8% CNT, ak NMP yo itilize kòm yon dispersant; fòmil la sispansyon elektwòd negatif se 96% materyèl konpoze elektwòd negatif, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, ak dlo yo itilize kòm yon dispersant. Apre brase, kouch, woule, koupe, laminasyon, soude tab, anbalaj, boulanjri, piki likid, fòmasyon ak divizyon kapasite, 408595 laminated ti pil pake mou ak yon kapasite rated nan 3 Ah yo te prepare. Yo te teste pèfòmans pousantaj 0.2C, 0.5C, 1C, 2C ak 3C ak pèfòmans sik 0.5C chaj ak egzeyat 1C. Ranje vòltaj chaj ak egzeyat la te 2.8-4.2 V, aktyèl konstan ak chaj vòltaj konstan, ak aktyèl la koupe te 0.5C.
2 Rezilta ak Diskisyon
Poud Silisyòm inisyal la te obsève pa optik mikwoskòp elektwonik (SEM). Silisyòm poud lan te iregilyèman granulaire ak yon gwosè patikil ki mwens pase 2μm, jan yo montre nan Figi 1 (a). Apre boul fraisage, gwosè poud Silisyòm lan te siyifikativman redwi pou anviwon 100 nm [Figi 1 (b)]. Tès la gwosè patikil te montre ke D50 nan poud Silisyòm lan apre boul fraisage te 110 nm ak D90 a te 175 nm. Yon egzamen bab li alatranp mòfoloji poud Silisyòm apwè boul fraisage montre yon estrikti flaky (fòmasyon èstrikti flaky a pwal plis verifye nan SEM transversale a pita). Se poutèt sa, done D90 yo jwenn nan tès la gwosè patikil yo ta dwe dimansyon nan longè nanosheet la. Konbine ak rezilta SEM yo, li ka jije ke gwosè nanosheet la jwenn pi piti pase valè kritik 150 nm nan rupture nan poud Silisyòm pandan chaje ak egzeyat nan omwen yon dimansyon. Fòmasyon mòfoloji flaky a se sitou akòz diferan enèji disosyasyon plan kristal Silisyòm cristalline, pami plan Silisyòm {111} ki gen yon enèji disosyasyon pi ba pase plan kristal {100} ak {110}. Se poutèt sa, avyon kristal sa a pi fasil eklèsi pa fraisage boul, epi finalman fòme yon estrikti flaky. Estrikti a flak se fezab nan akimilasyon nan estrikti ki lach, rezève espas pou ekspansyon nan volim nan Silisyòm, ak amelyore estabilite nan materyèl la.
Sispansyon an ki gen nano-Silisyòm, CNT ak grafit te flite, ak poud la anvan ak apre flite te egzamine pa SEM. Rezilta yo montre nan Figi 2. Matris grafit la te ajoute anvan flite se yon estrikti flak tipik ak yon gwosè 5 a 20 μm [Figi 2 (a)]. Tès distribisyon gwosè patikil nan grafit montre ke D50 se 15μm. Poud la jwenn apre flite gen yon mòfoloji esferik [Figi 2 (b)], epi li ka wè ke grafit la kouvwi pa kouch nan kouch apre flite. D50 poud lan apre flite se 26.2 μm. Karakteristik mòfolojik nan patikil segondè yo te obsève pa SEM, ki montre karakteristik yon estrikti ki lach pore akimile pa nanomateryèl [Figi 2 (c)]. Estrikti ki mouye a konpoze de nanosheets Silisyòm ak CNTs mare youn ak lòt [Figi 2 (d)], ak tès la espesifik sifas zòn (BET) se kòm yon wo 53.3 m2 / g. Se poutèt sa, apre flite, nanosheets Silisyòm ak CNTs pwòp tèt ou-rasanble yo fòme yon estrikti pore.
Kouch ki mouye a te trete ak kouch kabòn likid, epi apre yo fin ajoute anplasman precurseur kouch kabòn ak karbonizasyon, obsèvasyon SEM te pote soti. Rezilta yo montre nan Figi 3. Apre kabòn pre-kouch, sifas patikil segondè yo vin lis, ak yon kouch kouch evidan, ak kouch la konplè, jan yo montre nan Figi 3 (a) ak (b). Apre karbonizasyon, kouch kouch sifas la kenbe yon bon eta kouch [Figi 3 (c)]. Anplis de sa, imaj SEM kwa-seksyonèl la montre nanopartikil ki gen fòm teren [Figi 3 (d)], ki koresponn ak karakteristik mòfolojik nanosheets, plis verifye fòmasyon nanosheets Silisyòm apre fraisage boul. Anplis de sa, Figi 3 (d) montre ke gen file ant kèk nanosheets. Sa a se sitou akòz itilizasyon metòd kouch faz likid. Solisyon asfalt la pral antre nan materyèl la, pou sifas nanosheets Silisyòm entèn yo jwenn yon kouch pwoteksyon kouch kabòn. Se poutèt sa, lè l sèvi avèk kouch faz likid, nan adisyon a jwenn efè a kouch patikil segondè, efè a kouch doub kabòn nan kouch patikil prensipal ka jwenn tou. BET te teste poud kabònize a, e rezilta tès la te 22.3 m2/g.
Poud kabònize a te sibi analiz spectre enèji kwa-seksyonèl (EDS), ak rezilta yo montre nan Figi 4 (a). Nwayo ki menm gwosè ak mikron se eleman C, ki koresponn ak matris grafit la, ak kouch ekstèn lan gen Silisyòm ak oksijèn. Pou plis envestige estrikti Silisyòm, yo te fè yon tès difraksyon X-ray (XRD), epi rezilta yo montre nan Figi 4(b). Materyèl la sitou konpoze de grafit ak yon sèl-kristal Silisyòm, ki pa gen okenn karakteristik evidan oksid Silisyòm, ki endike ke eleman nan oksijèn nan tès la spectre enèji sitou soti nan oksidasyon natirèl la nan sifas Silisyòm lan. Materyèl konpoze Silisyòm-kabòn anrejistre kòm S1.
Te prepare materyèl Silisyòm-kabòn S1 a sibi pwodiksyon demi selil bouton-kalite ak tès chaj-egzeyat. Premye koub chaj-egzeyat la montre nan Figi 5. Kapasite espesifik revèsib la se 1000.8 mAh/g, ak efikasite premye sik la se yon wo 93.9%, ki pi wo pase premye efikasite nan pifò materyèl ki baze sou Silisyòm san yo pa pre- litiation rapòte nan literati a. Segondè efikasite nan premye endike ke materyèl la konpoze Silisyòm-kabòn prepare gen estabilite segondè. Yo nan lòd yo verifye efè estrikti pore, rezo kondiktif ak kouch kabòn sou estabilite nan materyèl Silisyòm-kabòn, de kalite materyèl Silisyòm-kabòn yo te prepare san yo pa ajoute CNT ak san yo pa kouch kabòn prensipal.
Mòfoloji poud carbonized nan materyèl konpoze Silisyòm-kabòn san yo pa ajoute CNT montre nan Figi 6. Apre kouch faz likid ak karbonizasyon, yon kouch kouch ka byen klè wè sou sifas patikil segondè yo nan Figi 6 (a). Se SEM transvèsal materyèl karbonize a montre nan Figi 6 (b). Anpile nan nanosheets Silisyòm gen karakteristik pore, ak tès BET la se 16.6 m2 / g. Sepandan, konpare ak ka a ak CNT [jan yo montre nan Figi 3 (d), tès la BET nan poud carbonized li yo se 22.3 m2 / g], entèn nano-Silisyòm anpile dansite a pi wo, ki endike ke adisyon a nan CNT ka ankouraje fòmasyon nan yon estrikti pore. Anplis de sa, materyèl la pa gen yon rezo kondiktif ki genyen twa dimansyon konstwi pa CNT. Materyèl konpoze Silisyòm-kabòn la anrejistre kòm S2.
Karakteristik mòfolojik materyèl konpoze Silisyòm-kabòn ki prepare pa kouch kabòn solid-faz yo montre nan Figi 7. Apre karbonizasyon, gen yon kouch kouch evidan sou sifas la, jan yo montre nan Figi 7 (a). Figi 7 (b) montre ke gen nanopartikul ki gen fòm teren nan koup transvèsal la, ki koresponn ak karakteristik mòfolojik nanosheets. Akimilasyon nanosheets fòme yon estrikti poreux. Pa gen okenn filler evidan sou sifas nanosheets entèn yo, ki endike ke kouch kabòn solid-faz la sèlman fòme yon kouch kouch kabòn ak yon estrikti pore, epi pa gen okenn kouch kouch entèn pou nanosheets Silisyòm yo. Materyèl konpoze Silisyòm-kabòn sa a anrejistre kòm S3.
Tès demi-selil ak bouton-kalite chaj ak egzeyat la te fèt sou S2 ak S3. Kapasite espesifik ak premye efikasite nan S2 yo te 1120.2 mAh / g ak 84.8%, respektivman, ak kapasite nan espesifik ak premye efikasite nan S3 yo te 882.5 mAh / g ak 82.9%, respektivman. Kapasite espesifik ak premye efikasite nan echantiyon an solid-faz kouvwi S3 yo te pi ba a, ki endike ke se sèlman kouch kabòn nan estrikti ki pore yo te fèt, ak kouch nan kabòn nan nanosheets entèn Silisyòm yo pa te fèt, ki pa t 'kapab bay jwe konplè. nan kapasite espesifik nan materyèl la ki baze sou Silisyòm ak pa t 'kapab pwoteje sifas la nan materyèl la ki baze sou Silisyòm. Premye efikasite echantiyon S2 a san CNT te pi ba tou pase materyèl konpoze Silisyòm-kabòn ki gen CNT, sa ki endike ke sou baz yon kouch bon kouch, rezo a kondiktif ak yon pi wo degre nan estrikti pore yo fezab nan amelyorasyon an. nan chaj la ak efikasite egzeyat nan materyèl la Silisyòm-kabòn.
Materyèl S1 Silisyòm-kabòn te itilize pou fè yon ti batri plen mou pou egzamine pèfòmans pousantaj ak pèfòmans sik. Koub pousantaj egzeyat la montre nan Figi 8 (a). Kapasite egzeyat 0.2C, 0.5C, 1C, 2C ak 3C se 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 ak 1.021 Ah, respektivman. Pousantaj nan egzeyat 1C se kòm yon wo 98.3%, men pousantaj la egzeyat 2C desann nan 73.3%, ak pousantaj la egzeyat 3C desann pi lwen nan 34.4%. Pou rantre nan gwoup echanj elektwòd negatif Silisyòm, tanpri ajoute WeChat: shimobang. An tèm de pousantaj chaje, kapasite yo chaje 0.2C, 0.5C, 1C, 2C ak 3C yo se 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 ak 2.289 Ah, respektivman. Pousantaj chaje 1C a se 96.7%, ak pousantaj chaje 2C toujou rive nan 84.3%. Sepandan, obsève koub la chaje nan Figi 8 (b), platfòm la chaje 2C se siyifikativman pi gwo pase platfòm la chaje 1C, ak kapasite chaje vòltaj konstan li yo kont pou pifò (55%), ki endike ke polarizasyon batri a rechargeable 2C se deja trè gwo. Silisyòm-kabòn materyèl la gen bon chaj ak egzeyat pèfòmans nan 1C, men karakteristik estriktirèl yo nan materyèl la bezwen plis amelyore reyalize pi wo pèfòmans pousantaj. Jan yo montre nan Figi 9, apre 450 sik, pousantaj retansyon kapasite a se 78%, ki montre bon pèfòmans sik.
Eta sifas elektwòd la anvan ak apre sik la te envestige pa SEM, ak rezilta yo montre nan Figi 10. Anvan sik la, sifas la nan grafit ak materyèl Silisyòm-kabòn klè [Figi 10 (a)]; apre sik la, yon kouch kouch evidamman pwodwi sou sifas la [Figi 10 (b)], ki se yon fim SEI epè. SEI fim roughnessThe konsomasyon ityòm aktif se wo, ki pa fezab nan pèfòmans nan sik. Se poutèt sa, ankouraje fòmasyon nan yon fim SEI lis (tankou konstriksyon fim SEI atifisyèl, ajoute aditif elektwolit apwopriye, elatriye) ka amelyore pèfòmans nan sik. Obsèvasyon SEM transvèsal nan patikil Silisyòm-kabòn apre sik la [Figi 10(c)] montre ke nanopartikil Silisyòm ki gen fòm orijinal yo te vin pi koryas e estrikti pore a te fondamantalman elimine. Sa a se sitou akòz ekspansyon nan volim kontinyèl ak kontraksyon nan materyèl la Silisyòm-kabòn pandan sik la. Se poutèt sa, estrikti pore a bezwen plis amelyore pou bay ase espas tanpon pou ekspansyon volim materyèl ki baze sou Silisyòm.
3 Konklizyon
Ki baze sou ekspansyon nan volim, konduktiviti pòv ak estabilite koòdone pòv nan materyèl elektwòd negatif ki baze sou Silisyòm, papye sa a fè amelyorasyon vize, soti nan fòm mòfoloji nan nanosheets Silisyòm, konstriksyon estrikti pore, konstriksyon rezo konduktif ak kouch kabòn konplè nan patikil segondè yo. , pou amelyore estabilite materyèl lektwòd negatif ki baze sou Silisyòm kòm yon antye. Akimilasyon nanosheets Silisyòm ka fòme yon estrikti poreux. Entwodiksyon nan CNT pral plis ankouraje fòmasyon nan yon estrikti pore. Materyèl konpoze Silisyòm-kabòn ki prepare pa kouch faz likid gen yon efè kouch doub kabòn pase sa ki prepare pa kouch faz solid, epi li montre pi wo kapasite espesifik ak premye efikasite. Anplis de sa, efikasite nan premye nan materyèl la konpoze Silisyòm-kabòn ki gen CNT se pi wo pase sa ki san CNT, ki se sitou akòz pi wo degre nan kapasite estrikti pore a soulaje ekspansyon nan volim nan materyèl Silisyòm ki baze sou. Entwodiksyon CNT pral konstwi yon rezo kondiktif ki genyen twa dimansyon, amelyore konduktiviti materyèl ki baze sou Silisyòm, epi montre bon pèfòmans pousantaj nan 1C; ak materyèl la montre bon pèfòmans sik. Sepandan, estrikti pore nan materyèl la bezwen plis ranfòse pou bay ase espas tanpon pou ekspansyon volim nan Silisyòm, ak ankouraje fòmasyon nan yon lis.ak fim dans SEI pou amelyore plis pèfòmans sik materyèl konpoze Silisyòm-kabòn.
Nou menm tou nou bay grafit-wo pite ak pwodwi carbure Silisyòm, ki lajman ki itilize nan pwosesis wafer tankou oksidasyon, difizyon, ak recuit.
Byenveni nenpòt kliyan soti nan tout mond lan vizite nou pou yon diskisyon plis!
https://www.vet-china.com/
Tan pòs: Nov-13-2024