Lithium-ion rafhlöður eru aðallega að þróast í átt að mikilli orkuþéttleika. Við stofuhita, sílikon-undirstaða neikvæð rafskaut efni málmblöndur með litíum til að framleiða litíum-ríka vöru Li3.75Si fasa, með sérstakri afkastagetu allt að 3572 mAh/g, sem er mun hærri en fræðileg sérhæfð grafít neikvæð rafskaut 372 mAh/g. Hins vegar, meðan á endurteknu hleðslu- og afhleðsluferli neikvæðra rafskautaefna sem byggir á sílikon, getur fasabreyting Si og Li3.75Si framkallað mikla rúmmálsstækkun (um 300%), sem mun leiða til uppbyggingar dufts á rafskautsefnum og stöðugrar myndunar á rafskautsefnum. SEI kvikmynd, og loksins valda því að getu minnkar hratt. Iðnaðurinn bætir aðallega frammistöðu neikvæðra rafskautsefna sem byggir á sílikon og stöðugleika sílikon-undirstaða rafhlöður með nanóstærð, kolefnishúð, svitaholamyndun og annarri tækni.
Kolefnisefni hafa góða leiðni, lágan kostnað og breiðar uppsprettur. Þeir geta bætt leiðni og yfirborðsstöðugleika kísil-undirstaða efna. Þau eru helst notuð sem aukaefni til að bæta árangur fyrir neikvæðar rafskaut sem eru byggð á sílikon. Kísil-kolefni efni eru almenn þróunarstefna neikvæðra rafskauta sem byggjast á sílikon. Kolefnishúð getur bætt yfirborðsstöðugleika kísilefna, en geta þess til að hindra stækkun kísilrúmmáls er almenn og getur ekki leyst vandamálið með stækkun kísilrúmmáls. Þess vegna, til að bæta stöðugleika kísil-undirstaða efna, þarf að smíða porous mannvirki. Kúlumölun er iðnvædd aðferð til að útbúa nanóefni. Hægt er að bæta mismunandi íblöndunarefnum eða efnishlutum við slurry sem fæst með kúlumölun í samræmi við hönnunarkröfur samsetta efnisins. Grindurinn er dreift jafnt í gegnum ýmsar slurry og úðaþurrkað. Meðan á tafarlausu þurrkunarferlinu stendur munu nanóagnirnar og aðrir íhlutir í grugglausninni sjálfkrafa mynda porous byggingareiginleika. Þessi pappír notar iðnvædda og umhverfisvæna kúlufræsingu og úðaþurrkunartækni til að útbúa gljúp efni sem eru byggð á sílikon.
Einnig er hægt að bæta árangur kísil-undirstaða efna með því að stjórna formgerð og dreifingareiginleikum kísilnanóefna. Sem stendur hafa kísil-undirstaða efni með mismunandi formgerð og dreifingareiginleika verið útbúin, svo sem kísil nanorods, porous grafite embed in nanosilicon, nanosilicon dreifður í kolefniskúlum, kísil/grafen fylki porous mannvirki, o.fl. Á sama mælikvarða, samanborið við nanóagnir , Nanosheets geta betur bæla niður mulningarvandamálið sem stafar af rúmmálsstækkun og efnið hefur meiri þjöppunarþéttleika. Óregluleg stöflun nanóblaða getur einnig myndað gljúpa uppbyggingu. Til að ganga í kísil neikvæða rafskautaskiptahópinn. Útvegaðu biðminni fyrir rúmmálsstækkun kísilefna. Innleiðing kolefnis nanóröra (CNTs) getur ekki aðeins bætt leiðni efnisins, heldur einnig stuðlað að myndun porous mannvirkja efnisins vegna einvíddar formfræðilegra eiginleika þess. Það eru engar skýrslur um porous mannvirki smíðuð með sílikon nanosheets og CNTs. Þessi grein tekur upp kúlumölun, mölun og dreifingu, úðaþurrkun, kolefnisforhúð og brennsluaðferðir í iðnaði, og kynnir porous promoters í undirbúningsferlinu til að undirbúa porous sílikon-undirstaða neikvæð rafskautsefni sem myndast með sjálfsamsetningu kísil nanóblaða og CNT. Undirbúningsferlið er einfalt, umhverfisvænt og engin úrgangsvökvi eða úrgangsleifar myndast. Það eru margar ritskýrslur um kolefnishúð efna sem byggjast á kísil, en fáar ítarlegar umræður eru um áhrif húðunar. Þessi grein notar malbik sem kolefnisgjafa til að kanna áhrif tveggja kolefnishúðunaraðferða, fljótandi fasahúðunar og fastfasa húðunar, á húðunaráhrifin og frammistöðu neikvæðra rafskautaefna úr sílikon.
1 tilraun
1.1 Efnisundirbúningur
Undirbúningur á gljúpum kísil-kolefni samsettum efnum felur aðallega í sér fimm skref: kúlu mölun, mala og dreifingu, úðaþurrkun, kolefnisforhúð og kolefnisgjöf. Fyrst skaltu vega 500 g af upphaflegu kísildufti (heimilisbundið, 99,99% hreinleiki), bæta við 2000 g af ísóprópanóli og framkvæma blautkúlamölun á 2000 sn./mín. í 24 klst. Kísilslurry sem fæst er flutt í dreififlutningsgeymi og efnunum er bætt við í samræmi við massahlutfall kísils: grafíts (framleitt í Shanghai, rafhlöðuflokkur): kolefni nanórör (framleitt í Tianjin, rafhlöðuflokkur): pólývínýlpýrrólídón (framleitt í Tianjin, greiningareinkunn) = 40:60:1.5:2. Ísóprópanól er notað til að stilla fast efni, og fast efni er hannað til að vera 15%. Malun og dreifing eru framkvæmd á dreifihraða 3500 sn/mín í 4 klst. Annar hópur slurry án þess að bæta við CNTs er borinn saman og hin efnin eru þau sömu. Dreifða grisjan sem fæst er síðan flutt yfir í úðaþurrkunarfóðurtank og úðaþurrkun er framkvæmd í köfnunarefnisvernduðu andrúmslofti, þar sem hitastig inntaks og úttaks er 180 og 90 °C, í sömu röð. Síðan voru bornar saman tvær tegundir af kolefnishúð, fastfasa húðun og fljótandi fasa húðun. Fastfasa húðunaraðferðin er: úðaþurrkað duftið er blandað saman við 20% malbiksduft (framleitt í Kóreu, D50 er 5 μm), blandað í vélrænan blöndunartæki í 10 mínútur og blöndunarhraðinn er 2000 sn./mín. forhúðað duft. Vökvafasa húðunaraðferðin er: úðaþurrkuðu duftinu er bætt við xýlenlausn (framleidd í Tianjin, greiningarflokki) sem inniheldur 20% malbik uppleyst í duftinu við 55% fast efni, og lofttæmi hrært jafnt. Bakið í lofttæmdu ofni við 85 ℃ í 4 klst., sett í vélrænan hrærivél til að blanda, blöndunarhraði er 2000 r/mín og blöndunartími er 10 mín til að fá forhúðað duft. Að lokum var forhúðað duftið brennt í snúningsofni undir köfnunarefnislofti við hitunarhraða 5°C/mín. Það var fyrst haldið við stöðugt hitastig 550°C í 2 klst, síðan haldið áfram að hita upp í 800°C og haldið við stöðugt hitastig í 2 klst, og síðan náttúrulega kælt niður fyrir 100°C og tæmt til að fá kísilkolefni samsett efni.
1.2 Einkennisaðferðir
Kornastærðardreifing efnisins var greind með því að nota kornastærðarprófara (Mastersizer 2000 útgáfa, framleidd í Bretlandi). Duftið sem fékkst í hverju skrefi var prófað með rafeindasmásjá (Regulus8220, framleitt í Japan) til að kanna formgerð og stærð duftanna. Fasabygging efnisins var greind með röntgenduftbeygjugreiningartæki (D8 ADVANCE, framleitt í Þýskalandi) og frumefnasamsetning efnisins var greind með orkurófsgreiningartæki. Kísil-kolefni samsett efni sem fékkst var notað til að búa til hnappa hálffrumu af gerð CR2032, og massahlutfall kísil-kolefnis: SP: CNT: CMC: SBR var 92:2:2:1,5:2,5. Mótelskautið er litíumplata úr málmi, raflausnin er raflausn til sölu (módel 1901, framleidd í Kóreu), Celgard 2320 þind er notuð, hleðslu- og afhleðsluspennusviðið er 0,005-1,5 V, hleðslu- og afhleðslustraumurinn er 0,1 C (1C = 1A), og straumur frárennslis er 0,05 C.
Til að kanna frekar frammistöðu sílikon-kolefnis samsettra efna var lagskipt lítil mjúk rafhlaða 408595 gerð. Jákvæða rafskautið notar NCM811 (framleitt í Hunan, rafhlöðuflokki), og neikvæða rafskautið grafít er dópað með 8% sílikon-kolefni efni. Jákvæð rafskautsuppskrift er 96% NCM811, 1,2% pólývínýlídenflúoríð (PVDF), 2% leiðandi efni SP, 0,8% CNT og NMP er notað sem dreifiefni; grugglausnin fyrir neikvæða rafskaut er 96% samsett neikvætt rafskautsefni, 1,3% CMC, 1,5% SBR 1,2% CNT og vatn er notað sem dreifiefni. Eftir að hafa hrært, húðað, rúllað, skorið, lagskipt, flipasuðu, pökkun, bakstur, vökvainnsprautun, myndun og skiptingu afkastagetu, voru útbúnar 408595 lagskipaðar litlar mjúkar rafhlöður með 3 Ah rúmtak. Hraði árangur 0,2C, 0,5C, 1C, 2C og 3C og hringrás árangur 0,5C hleðslu og 1C losun voru prófuð. Hleðslu- og afhleðsluspennusviðið var 2,8-4,2 V, stöðugur straumur og stöðug spennuhleðsla, og stöðvunarstraumurinn var 0,5C.
2 Niðurstöður og umræður
Upphaflega kísilduftið var skoðað með rafeindasmásjá (SEM). Kísillduftið var óreglulega kornótt með kornastærð minni en 2μm, eins og sýnt er á mynd 1(a). Eftir kúlumölun var stærð kísilduftsins verulega minnkað í um 100 nm [Mynd 1(b)]. Kornastærðarprófið sýndi að D50 kísilduftsins eftir kúlumölun var 110 nm og D90 var 175 nm. Nákvæm athugun á formgerð kísildufts eftir kúlumölun sýnir flagnandi uppbyggingu (myndun flögubyggingarinnar verður sannreynd frekar út frá þversniðs SEM síðar). Þess vegna ættu D90 gögnin sem fengin eru úr kornastærðarprófinu að vera lengdarvídd nanóblaðsins. Ásamt SEM niðurstöðunum má dæma að stærð nanóblaðsins sem fæst sé minni en gagnrýnigildið 150 nm af broti kísildufts við hleðslu og losun í að minnsta kosti einni vídd. Myndun flöguformsins er aðallega vegna mismunandi sundrunarorku kristalplana kristallaðs kísils, þar á meðal hefur {111} kísilplanið lægri sundrunarorku en {100} og {110} kristalplanin. Þess vegna er þetta kristalplan auðveldara að þynna með kúlumölun og myndar að lokum flagna uppbyggingu. Flögulaga uppbyggingin stuðlar að uppsöfnun lausra mannvirkja, áskilur sér pláss fyrir rúmmálsstækkun kísils og bætir stöðugleika efnisins.
Gruggleysan sem innihélt nanókísill, CNT og grafít var úðuð og duftið fyrir og eftir úðun var skoðað með SEM. Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 2. Grafítfylki sem bætt er við fyrir úðun er dæmigerð flögubygging með stærð 5 til 20 μm [Mynd 2(a)]. Kornastærðarprófun grafíts sýnir að D50 er 15μm. Duftið sem fæst eftir úðun hefur kúlulaga formgerð [Mynd 2(b)], og sést að grafítið er húðað af húðunarlaginu eftir úðun. D50 duftsins eftir úðun er 26,2 μm. Formfræðilegir eiginleikar aukaagnanna komu fram með SEM, sem sýnir eiginleika lausrar gljúprar byggingar sem safnast hefur upp af nanóefnum [Mynd 2(c)]. Gljúpa uppbyggingin samanstendur af sílikon nanóblöðum og CNT sem eru samtvinnuð hvert við annað [Mynd 2(d)], og prófunartiltekna yfirborðsflatarmálið (BET) er allt að 53,3 m2/g. Þess vegna, eftir úðun, setja sílikon nanóblöð og CNT saman sjálfir til að mynda gljúpa uppbyggingu.
Gljúpa lagið var meðhöndlað með fljótandi kolefnishúð og eftir að kolefnishúðunarforverabiki var bætt við og kolsýring var SEM athugun framkvæmd. Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 3. Eftir kolefnisforhúðun verður yfirborð aukaagnanna slétt, með augljósu húðunarlagi, og húðunin er lokið, eins og sýnt er á myndum 3(a) og (b). Eftir kolsýringu heldur yfirborðshúðunarlagið góðu húðunarástandi [Mynd 3(c)]. Að auki sýnir þversniðs SEM myndin strimlalaga nanóagnir [Mynd 3(d)], sem samsvara formfræðilegum eiginleikum nanóblaða, sem sannreynir enn frekar myndun sílikon nanóblaða eftir kúlu mölun. Að auki sýnir mynd 3(d) að það eru fylliefni á milli sumra nanóblaða. Þetta er aðallega vegna notkunar á fljótandi fasahúðunaraðferð. Malbikslausnin kemst inn í efnið, þannig að yfirborð innri kísil nanóblaðanna fær kolefnishúð hlífðarlag. Þess vegna, með því að nota vökvafasa húðun, auk þess að fá aukaagnahúðunaráhrif, er einnig hægt að fá tvöfalda kolefnishúðunaráhrif aðalagnahúðarinnar. Kolsýrða duftið var prófað af BET og prófunarniðurstaðan var 22,3 m2/g.
Kolsýrða duftið var gert í þversniðs orkurófsgreiningu (EDS) og niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 4(a). Míkron-stærð kjarninn er C hluti, sem samsvarar grafít fylkinu, og ytri húðin inniheldur sílikon og súrefni. Til að kanna frekar uppbyggingu kísils var gerð röntgengeislunarpróf (XRD) og eru niðurstöðurnar sýndar á mynd 4(b). Efnið er aðallega samsett úr grafíti og einkristal sílikoni, án augljósra eiginleika kísiloxíðs, sem gefur til kynna að súrefnisþátturinn í orkurófsprófinu komi aðallega frá náttúrulegri oxun kísilyfirborðsins. Kísil-kolefni samsett efni er skráð sem S1.
Tilbúna kísil-kolefnisefnið S1 var gert í hnappagerð hálffrumuframleiðslu og hleðslu-útskriftarprófanir. Fyrsta hleðslu-losunarferillinn er sýndur á mynd 5. Afturkræf sérhæfð afkastageta er 1000,8 mAh/g og nýtni í fyrstu lotu er allt að 93,9%, sem er meiri en fyrsta skilvirkni flestra kísil-undirstaða efna án for- lithiation sem greint er frá í bókmenntum. Mikil fyrsta skilvirkni gefur til kynna að tilbúið kísil-kolefni samsett efni hafi mikinn stöðugleika. Til að sannreyna áhrif gljúprar uppbyggingar, leiðandi nets og kolefnishúðunar á stöðugleika kísil-kolefnisefna, voru tvær tegundir af kísil-kolefnisefnum útbúnar án þess að bæta við CNT og án aðal kolefnishúðunar.
Formgerð kolsýrðs dufts kísil-kolefnis samsetta efnisins án þess að bæta við CNT er sýnd á mynd 6. Eftir vökvafasa húðun og kolsýringu má greinilega sjá húðunarlag á yfirborði aukaagnanna á mynd 6(a). SEM þversniðs kolefnisins er sýnd á mynd 6(b). Staflan á kísil nanóblöðum hefur gljúpa eiginleika og BET prófið er 16,6 m2/g. Hins vegar, samanborið við tilvikið með CNT [eins og sýnt er á mynd 3(d), BET prófið á kolsýrðu dufti þess er 22,3 m2/g], er innri nanó-kísil stöflun meiri, sem gefur til kynna að viðbót CNT getur stuðlað að myndun gljúprar byggingar. Að auki hefur efnið ekki þrívítt leiðandi net sem er smíðað af CNT. Kísil-kolefni samsett efni er skráð sem S2.
Formfræðilegir eiginleikar kísil-kolefnis samsetta efnisins sem er útbúið með kolefnishúð í föstu fasa eru sýnd á mynd 7. Eftir kolsýringu er augljóst húðunarlag á yfirborðinu, eins og sýnt er á mynd 7(a). Mynd 7(b) sýnir að það eru strimlalaga nanóagnir í þversniðinu, sem samsvarar formfræðilegum eiginleikum nanóblaða. Uppsöfnun nanóblaða myndar gljúpa uppbyggingu. Það er ekkert augljóst fylliefni á yfirborði innri nanóblaðanna, sem gefur til kynna að fastfasa kolefnishúðin myndar aðeins kolefnishúðlag með gljúpri uppbyggingu og það er ekkert innra húðunarlag fyrir kísilnanóblöðin. Þetta kísil-kolefni samsett efni er skráð sem S3.
Hálffrumuhleðslu- og afhleðsluprófið af hnappagerð var gert á S2 og S3. Sérstök afkastageta og fyrsta skilvirkni S2 var 1120,2 mAh/g og 84,8%, í sömu röð, og sértæk afkastageta og fyrsta skilvirkni S3 voru 882,5 mAh/g og 82,9%, í sömu röð. Sérstök afkastageta og fyrsta skilvirkni fastfasa húðaða S3 sýnisins var lægst, sem gefur til kynna að aðeins kolefnishúðun á gljúpu uppbyggingunni hafi verið framkvæmd og kolefnishúðun á innri kísil nanóblöðunum hafi ekki verið framkvæmd, sem gat ekki gefið fullan leik. að sérstakri getu kísil-undirstaða efnisins og gæti ekki verndað yfirborð kísil-undirstaða efnisins. Fyrsta skilvirkni S2 sýnisins án CNT var einnig lægri en kísil-kolefnis samsetts efnisins sem inniheldur CNT, sem gefur til kynna að á grundvelli góðs húðunarlags séu leiðandi netið og meiri porous uppbyggingu stuðlað að umbótum af hleðslu- og losunarvirkni kísil-kolefnisefnisins.
S1 sílikon-kolefnisefnið var notað til að búa til litla mjúka rafhlöðu til að kanna hraðafköst og frammistöðu hringrásar. Losunarhraðaferillinn er sýndur á mynd 8(a). Losunargeta 0,2C, 0,5C, 1C, 2C og 3C er 2,970, 2,999, 2,920, 2,176 og 1,021 Ah, í sömu röð. 1C losunarhraði er allt að 98,3%, en 2C losunarhraði lækkar í 73,3% og 3C losunarhraði lækkar enn frekar í 34,4%. Til að ganga í kísil neikvæða rafskautaskiptahópinn skaltu bæta við WeChat: shimobang. Hvað varðar hleðsluhraða er hleðslugetan 0,2C, 0,5C, 1C, 2C og 3C 3,186, 3,182, 3,081, 2,686 og 2,289 Ah, í sömu röð. 1C hleðsluhlutfallið er 96,7% og 2C hleðsluhlutfallið nær enn 84,3%. Hins vegar, með því að athuga hleðsluferilinn á mynd 8(b), er 2C hleðslupallurinn verulega stærri en 1C hleðslupallurinn og stöðug spennuhleðslugeta hans stendur fyrir mestu (55%), sem gefur til kynna að skautun 2C endurhlaðanlegu rafhlöðunnar sé þegar mjög stór. Kísil-kolefnisefnið hefur góða hleðslu- og losunarafköst við 1C, en bæta þarf byggingareiginleika efnisins enn frekar til að ná meiri afköstum. Eins og sýnt er á mynd 9, eftir 450 lotur, er afkastagetuhlutfallið 78%, sem sýnir góða lotuframmistöðu.
Yfirborðsástand rafskautsins fyrir og eftir hringrásina var rannsakað af SEM og niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 10. Fyrir hringrásina er yfirborð grafít- og kísilkolefnisefna tært [Mynd 10(a)]; eftir hringrásina myndast augljóslega húðunarlag á yfirborðinu [Mynd 10(b)], sem er þykk SEI filma. SEI filmu grófleiki Virk litíumnotkun er mikil, sem stuðlar ekki að frammistöðu hringrásarinnar. Þess vegna getur stuðlað að myndun sléttrar SEI filmu (svo sem gervi SEI filmubygging, bætt við viðeigandi raflausnaaukefnum osfrv.) bætt hringrásarafköst. Þversniðs-SEM athugunin á kísil-kolefnisögnum eftir hringrásina [Mynd 10(c)] sýnir að upprunalegu ræmulaga kísilnanóagnirnar eru orðnar grófari og gljúpa uppbyggingin hefur í grundvallaratriðum verið eytt. Þetta er aðallega vegna stöðugrar rúmmálsstækkunar og samdráttar kísil-kolefnisefnisins í hringrásinni. Þess vegna þarf að bæta gljúpu uppbygginguna enn frekar til að veita nægjanlegt biðpláss fyrir rúmmálsstækkun kísil-undirstaða efnisins.
3 Niðurstaða
Byggt á rúmmálsþenslu, lélegri leiðni og lélegum viðmótsstöðugleika neikvæðra rafskautaefna sem byggjast á sílikon, gerir þessi grein markvissar endurbætur, allt frá formgerð mótun kísilnanoblaða, smíði gljúprar uppbyggingar, byggingu leiðandi nets og fullkominni kolefnishúð á öllum aukaagnunum. , til að bæta stöðugleika kísil-undirstaða neikvæðra rafskautaefna í heild sinni. Uppsöfnun kísilnanoblaða getur myndað gljúpa uppbyggingu. Kynning á CNT mun frekar stuðla að myndun gljúprar byggingar. Kísil-kolefni samsett efni sem er búið til með fljótandi fasa húðun hefur tvöfalda kolefnishúðunaráhrif en það sem er búið til með fastfasa húðun, og sýnir meiri sértæka getu og fyrsta skilvirkni. Að auki er fyrsta skilvirkni kísil-kolefnis samsetta efnisins sem inniheldur CNT meiri en án CNT, sem er aðallega vegna meiri getu gljúprar uppbyggingar til að draga úr rúmmálsþenslu kísil-undirstaða efna. Kynning á CNT mun byggja upp þrívítt leiðandi net, bæta leiðni kísil-undirstaða efna og sýna góða frammistöðu við 1C; og efnið sýnir góða hringrásarframmistöðu. Hins vegar þarf að styrkja gljúpa uppbyggingu efnisins enn frekar til að veita nægjanlegt biðpláss fyrir rúmmálsstækkun kísils og stuðla að myndun sléttsog þétt SEI filmu til að bæta enn frekar hringrásarframmistöðu kísil-kolefnis samsetts efnisins.
Við seljum einnig háhreint grafít og kísilkarbíð vörur, sem eru mikið notaðar í oblátavinnslu eins og oxun, dreifingu og glæðingu.
Verið velkomin viðskiptavinum frá öllum heimshornum til að heimsækja okkur til frekari umræðu!
https://www.vet-china.com/
Birtingartími: 13. nóvember 2024