Accumulatores lithium-ionici imprimis ad densitatem energiae magnae progrediuntur. Temperatura ambiente, materiae electrodi negativi silicii fundatae cum lithio miscentur, ut productum lithium dives Li3.75Si phasis producant, cuius capacitatis specifica usque ad 3572 mAh/g est, quae multo maior est quam capacitas specifica theoretica electrodi negativi graphiti 372 mAh/g. Attamen, per repetitum processum onerationis et exonerationis materiarum electrodi negativi silicii fundatarum, transformatio phasis Si et Li3.75Si expansionem voluminis ingentem (circiter 300%) producere potest, quae ad pulverisationem structuralem materiarum electrodi et formationem continuam pelliculae SEI ducet, et tandem capacitatem celeriter decrescere faciet. Industria imprimis per nanodimensionem, obductionem carbonis, formationem pororum, aliasque technologias efficaciam materiarum electrodi negativi silicii fundatarum et stabilitatem accumulatorum silicii fundatarum emendat.
Materiae carbonicae bonam conductivitatem, sumptum humilem, et fontes latos habent. Conductivitatem et stabilitatem superficialem materiarum silicii fundatarum augere possunt. Praesertim ut additiva ad meliorem efficaciam electrodorum negativorum silicii fundatorum adhibentur. Materiae silicii-carbonicae principalem directionem progressionis electrodorum negativorum silicii fundatorum constituunt. Obductio carbonica stabilitatem superficialem materiarum silicii fundatarum augere potest, sed eius facultas expansionem voluminis silicii inhibendi generalis est nec problema expansionis voluminis silicii solvere potest. Ergo, ad stabilitatem materiarum silicii fundatarum emendandam, structurae porosae construi debent. Molitura globulorum est methodus industrialisata ad nanomateria praeparanda. Additiva varia vel componentes materiales addi possunt ad massam liquidam per molituram globulorum obtentam secundum requisita designationis materiae compositae. Massa liquida aequaliter dispergitur per varias massas liquidas et siccatur per pulverizationem. Durante processu siccationis instantaneae, nanoparticulae et alia componentes in massa liquida sponte proprietates structurales porosas formabunt. Haec charta technologiam industrialisatam et ecologicam molendi globulorum et siccationis per pulverizationem ad materias porosas silicii fundatas praeparandas adhibet.
Efficacitas materiarum siliconis fundatarum etiam augeri potest per morphologiam et proprietates distributionis nanomateriarum siliconis regulandam. In praesenti, materiae siliconis fundatae variis morphologiis et proprietatibus distributionis praeditae sunt, ut nanovirgae siliconis, nanosilicon poroso graphito incluso, nanosilicon in sphaeris carbonis distributum, structurae porosae in serie siliconis/grapheni, et cetera. Eadem scala, comparatae cum nanoparticulis, nanoschedae melius supprimere possunt problema contusionis ab expansione voluminis causatum, et materia densitatem compactionis maiorem habet. Inordinata accumulatio nanoschedarum etiam structuram porosam formare potest. Ad coetum commutationis electrodi negativi siliconis coniungendum. Spatium tamponis pro expansione voluminis materiarum siliconis praebendum. Introductio nanotubulorum carbonis (CNT) non solum conductivitatem materiae augere potest, sed etiam formationem structurarum porosarum materiae propter suas proprietates morphologicas unidimensionales promovere. Nullae relationes de structuris porosis a nanoschedis siliconis et CNT constructis extant. Haec dissertatio methodos industrialiter applicabiles molendi globulorum, triturandi et dispergendi, exsiccandi per pulverizationem, prae-obducendi carbonis et calcinandi adhibet, et promotores porosos in processu praeparationis introducit ad materias electrodorum negativorum porosas silicii fundatas praeparandas, quae per auto-assemblationem nanoshearum silicii et CNT formatae sunt. Processus praeparationis simplex est, ecologicus ambienti, et nullum liquidum superfluum vel residuum superfluum generatur. Multae relationes litterariae de obductione carbonis materiarum silicii fundatarum extant, sed paucae sunt disputationes profundae de effectu obductionis. Haec dissertatio asfaltum ut fontem carbonis adhibet ad investigandos effectus duarum methodorum obductionis carbonis, obductionis phasis liquidae et obductionis phasis solidae, in effectum obductionis et actionem materiarum electrodorum negativorum silicii fundatarum.
Experimentum 1
1.1 Praeparatio materiae
Praeparatio materiarum porosarum compositarum silicii-carbonis quinque gradus praecipue comprehendit: molituram globorum, trituram et dispersionem, exsiccationem per pulverizationem, prae-obductionem carbonis et carbonizationem. Primo, 500 g pulveris silicii initialis (domestici, puritatis 99.99%) ponderantur, 2000 g isopropanoli adduntur, et molitura globorum humida celeritate molendi globorum 2000 r/min per 24 horas perficitur ut mixtura silicii nanoscalaris obtineatur. Mixtura silicii obtenta in cisternam translationis dispersionis transfertur, et materiae adduntur secundum rationem massae silicii: graphiti (producti Shanghai, gradus batteriae): nanotubuli carbonii (producti Tianjin, gradus batteriae): polyvinylpyrrolidoni (producti Tianjin, gradus analyticus) = 40:60:1.5:2. Isopropanol adhibitur ad contentum solidorum accommodandum, et contentum solidorum ad 15% esse designatur. Molitura et dispersio celeritate dispersionis 3500 r/min per 4 horas perficiuntur. Alia caterva mixturarum sine additis CNT comparatur, et ceterae materiae eaedem sunt. Mixtura dispersa obtenta deinde in cisternam alimentationis exsiccationis per pulverizationem transfertur, et exsiccatio per pulverizationem in atmosphaera nitrogenio protecta perficitur, temperaturis ingressus et exitus 180 et 90°C respective. Deinde duo genera obductionis carbonis comparata sunt, obductio phasis solidae et obductio phasis liquidae. Methodus obductionis phasis solidae est: pulvis pulverizatione exsiccatus cum 20% pulveris asfalti (in Corea factum, D50 est 5 μm) miscetur, in mixtore mechanico per 10 min miscetur, et celeritas mixtionis 2000 r/min est ut pulvis prae-obductus obtineatur. Methodus obductionis phasis liquidae est: pulvis pulverizatione exsiccatus solutioni xyleni (in Tianjin factae, gradus analyticus) continenti 20% asfalti in pulvere dissoluti ad contentum solidum 55% additur, et aequaliter sub vacuo agitatur. In furno vacuo ad 85°C per quattuor horas coquitur, deinde in mixtorem mechanicum ad miscendum immittitur, celeritas miscendi 2000 r/min, et tempus miscendi 10 min ad pulverem prae-obductum obtinendum. Denique pulvis prae-obductus in furno rotatorio sub atmosphaera nitrogenii, celeritate calefactionis 5°C/min, calcinatus est. Primum ad temperaturam constantem 550°C per duas horas servatus est, deinde calefactus usque ad 800°C et ad temperaturam constantem per duas horas servatus, et tum naturaliter infra 100°C refrigeratus et emissus est ad materiam compositam siliconis-carbonis obtinendam.
1.2 Methodi characterizationis
Distributio magnitudinis particularum materiae per instrumentum ad magnitudinem particularum metiendam (Mastersizer 2000 versio, in Regno Unito fabricata) analysata est. Pulveres in unoquoque gradu obtenti microscopio electronico scandenti (Regulus8220, in Iaponia fabricata) examinati sunt ad morphologiam et magnitudinem pulverum examinandam. Structura phasium materiae per instrumentum ad diffractionem pulveris radiorum X (D8 ADVANCE, in Germania fabricatum) analysata est, et compositio elementorum materiae per instrumentum ad spectrum energiae analysatam est. Materia composita silicii-carbonis obtenta ad semicellam globularem exemplaris CR2032 fabricandam adhibita est, et proportio massae silicii-carbonis: SP: CNT: CMC: SBR erat 92:2:2:1.5:2.5. Contraelectrodum est lamina metallica lithii, electrolytum est electrolytum commerciale (exemplar 1901, in Corea fabricatum), diaphragma Celgard 2320 adhibetur, tensio onerationis et exonerationis est 0.005-1.5 V, cursus onerationis et exonerationis est 0.1 C (1 C = 1 A), et cursus extremus exonerationis est 0.05 C.
Ut ulterius investigaretur efficacia materiarum compositarum silicii-carbonis, parvae pilae molles laminatae 408595 fabricatae sunt. Electroda positiva NCM811 (Hunani fabricata, gradus pilae) utitur, et electroda negativa graphite 8% materia silicii-carbonis imbuta est. Formula mixturae electrodae positivae est 96% NCM811, 1.2% polyvinylideni fluoridum (PVDF), 2% agente conductivo SP, 0.8% CNT, et NMP ut dispergens adhibita est; formula mixturae electrodae negativae est 96% materia composita electrodae negativae, 1.3% CMC, 1.5% SBR, 1.2% CNT, et aqua ut dispergens adhibita. Post agitationem, obductionem, volutationem, sectionem, laminationem, soldaduram tabularum, involucrationem, coctionem, injectionem liquidi, formationem et divisionem capacitatis, pilae parvae molles laminatae 408595 cum capacitate aestimata 3 Ah praeparatae sunt. Tensio electrica 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, et 3C, necnon cyclus onerationis 0.5C et exonerationis 1C, examinata sunt. Tensio onerationis et exonerationis inter 2.8 et 4.2 V, currentis constantis et onerationis tensionis constantis, et currentis abscissionis 0.5C erat.
2 Resultata et Disputatio
Pulvis siliconis initialis per microscopiam electronicam perlustrativam (SEM) observatus est. Pulvis siliconis irregulariter granularis erat, magnitudine particularum minore quam 2μm, ut in Figura 1(a) demonstratur. Post molituram globorum, magnitudo pulveris siliconis significanter ad circiter 100 nm redacta est [Figura 1(b)]. Examen magnitudinis particularum demonstravit D50 pulveris siliconis post molituram globorum 110 nm et D90 175 nm fuisse. Diligenter examinatum morphologiam pulveris siliconis post molituram globorum structuram squamosam ostendit (formatio structurae squamosae postea ex SEM sectionis transversalis verificabitur). Ergo, data D90 ex experimento magnitudinis particularum obtenta dimensionem longitudinis nanoschedae esse debent. Cum resultatis SEM coniuncta, iudicari potest magnitudinem nanoschedae obtentae minorem esse quam valorem criticum 150 nm fractionis pulveris siliconis durante oneratione et exoneratione in saltem una dimensione. Formatio morphologiae squamosae praecipue debetur diversis energiis dissociationis planorum crystallinorum silicii crystallini, inter quae planum {111} silicii energiam dissociationis inferiorem habet quam plana crystallina {100} et {110}. Quapropter, hoc planum crystallinum facilius attenuatur per molam globulorum, et tandem structuram squamosam format. Structura squamosa accumulationem structurarum laxarum conducit, spatium reservat expansioni voluminis silicii, et stabilitatem materiae emendat.
Suspensio nano-siliconis, CNT, et graphitis continens sparsa est, et pulvis ante et post sparsionem microscopia electronica per microscopiam electronicam (SEM) examinatus est. Resultata in Figura 2 monstrantur. Matrix graphiti ante sparsionem addita structuram typicam lamellarem habet, magnitudine 5 ad 20 μm [Figura 2(a)]. Experimentum distributionis magnitudinis particularum graphiti ostendit D50 esse 15 μm. Pulvis post sparsionem obtentus morphologiam sphaericam habet [Figura 2(b)], et videri potest graphitum strato obducto post sparsionem obduci. D50 pulveris post sparsionem est 26.2 μm. Characteres morphologici particularum secundariarum per SEM observati sunt, proprietates structurae porosae laxae a nanomateriis accumulatae ostendentes [Figura 2(c)]. Structura porosa ex nanosheetis siliconis et CNT inter se intertextis constat [Figura 2(d)], et area superficialis specifica experimenti (BET) tam alta est quam 53.3 m2/g. Ergo, post aspersionem, nanoschedae silicii et CNT se ipsum congregant ut structuram porosam forment.
Stratum porosum oleo carbonis liquido obductum tractatum est, et post additionem picis praecursoris obductionis carbonis et carbonisationem, observatio SEM peracta est. Resultata in Figura 3 monstrantur. Post praeobductionem carbonis, superficies particularum secundariarum levis fit, cum strato obductionis manifesto, et obductio completa est, ut in Figuris 3(a) et (b) demonstratur. Post carbonisationem, stratum obductionis superficiale bonum statum obductionis servat [Figura 3(c)]. Praeterea, imago SEM sectionis transversalis nanoparticulas forma striata ostendit [Figura 3(d)], quae characteristicis morphologicis nanosheetarum respondent, formationem nanosheetarum siliconis post molituram globorum ulterius confirmantes. Accedit quod Figura 3(d) ostendit impletiones inter quasdam nanosheetas esse. Hoc praecipue ob usum methodi obductionis phasis liquidae fit. Solutio bituminis in materiam penetrabit, ita ut superficies nanosheetarum siliconis internarum stratum obductionis carbonis protectivum obtineat. Ergo, per usum obductionis phasis liquidae, praeter effectum obductionis particularum secundariarum obtinendum, etiam effectus obductionis carbonis duplicis obductionis particularum primariarum obtineri potest. Pulvis carbonizatus a BET probatus est, et eventus probationis erat 22.3 m²/g.
Pulvis carbonizatus analysi spectri energiae sectionis transversalis (EDS) subiectus est, et eventus in Figura 4(a) monstrantur. Nucleus magnitudinis micronis est pars C, quae matrici graphitae respondet, et stratum externum silicium et oxygenium continet. Ad structuram silicii ulterius investigandam, experimentum diffractionis radiorum X (XRD) peractum est, et eventus in Figura 4(b) monstrantur. Materia praecipue ex graphito et silicio monocrystallino constat, sine ullis manifestis notis oxidi silicii, quod indicat partem oxygenii experimenti spectri energiae praecipue ex oxidatione naturali superficiei silicii provenire. Materia composita silicii-carbonis ut S1 notatur.
Materia siliconis-carbonica S1 praeparata productioni semicellarum generis "button-lithion" et probationibus oneris-exonerationis subiecta est. Prima curva oneris-exonerationis in Figura 5 ostenditur. Capacitas specifica reversibilis est 1000.8 mAh/g, et efficientia primi cycli usque ad 93.9% alta est, quae altior est quam efficientia prima plurimarum materiarum siliconis sine praelithiatione in litteris relatarum. Alta efficientia prima indicat materiam compositam siliconis-carbonicam praeparatam magnam stabilitatem habere. Ut effectus structurae porosae, retium conductivarum et obductionis carbonicae in stabilitatem materiarum siliconis-carbonicarum comprobarentur, duo genera materiarum siliconis-carbonicarum sine additione CNT et sine obductione carbonica primaria praeparata sunt.
Morphologia pulveris carbonizati materiae compositae silicii-carbonis sine additione CNT in Figura 6 ostenditur. Post obductionem phasis liquidae et carbonisationem, stratum obducendi in superficie particularum secundariarum in Figura 6(a) clare videri potest. SEM sectionis transversalis materiae carbonizatae in Figura 6(b) ostenditur. Accumulatio nanosheetarum silicii proprietates porosas habet, et probatio BET 16.6 m2/g est. Attamen, comparato cum casu cum CNT [ut in Figura 3(d) ostenditur, probatio BET pulveris carbonizati eius 22.3 m2/g est], densitas interna accumulationis nano-silicii maior est, quod indicat additionem CNT formationem structurae porosae promovere posse. Praeterea, materia non habet retem conductivam tridimensionalem a CNT constructam. Materia composita silicii-carbonis ut S2 notatur.
Proprietates morphologicae materiae compositae silicii-carbonii, per obductionem carbonii solidi phasis praeparatae, in Figura 7 monstrantur. Post carbonisationem, stratum obducendi manifestum in superficie apparet, ut in Figura 7(a) demonstratur. Figura 7(b) ostendit nanoparticulas formae striatae in sectione transversali adesse, quod proprietatibus morphologicis nanosheetarum respondet. Accumulatio nanosheetarum structuram porosam format. Nulla materia implens manifesta in superficie nanosheetarum internarum est, quod indicat obductionem carbonii solidi phasis tantum stratum obducendi carbonii cum structura porosa formare, et nullum stratum obducendi internum pro nanosheetis silicii esse. Haec materia composita silicii-carbonii ut S3 notatur.
Experimentum semicellae globuliformis onerationis et exonerationis in S2 et S3 peractum est. Capacitas specifica et prima efficacia S2 erant 1120.2 mAh/g et 84.8% respective, capacitas specifica et prima efficacia S3 erant 882.5 mAh/g et 82.9% respective. Capacitas specifica et prima efficacia exempli S3 phase solida obducti infimae erant, quod indicat solum obductionem carbonis structurae porosae peractam esse, obductionem carbonis nanosheetarum silicii internarum non peractam, quod non potuit plenum ludum capacitati specificae materiae silicii fundatae dare nec superficiem materiae silicii fundatae protegere potuit. Prima efficacia exempli S2 sine CNT etiam inferior erat quam materiae compositae silicii-carbonis CNT continentis, quod indicat, ob bonum stratum obducendi, rete conductivum et gradum structurae porosae altiorem conducunt ad meliorationem efficaciae onerationis et exonerationis materiae silicii-carbonis.
Materia siliconis-carbonis S1 adhibita est ad parvam pilam plenam "soft-pack" fabricandam, ut et celeritas et cyclus examinarentur. Curva celeritatis exonerationis in Figura 8(a) ostenditur. Capacitates exonerationis 0.2C, 0.5C, 1C, 2C et 3C sunt 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 et 1.021 Ah respective. Celeritas exonerationis 1C ad 98.3% pervenit, sed celeritas exonerationis 2C ad 73.3% cadit, et celeritas exonerationis 3C ulterius ad 34.4% cadit. Ut coetui commutationis electrodi siliconis negativi iungaris, WeChat: shimobang adde. Quod ad celeritatem exonerationis attinet, capacitates exonerationis 0.2C, 0.5C, 1C, 2C et 3C sunt 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 et 2.289 Ah respective. Ratio onerationis 1C est 96.7%, et ratio onerationis 2C adhuc 84.3% attingit. Attamen, curvam onerationis in Figura 8(b) observando, suggestus onerationis 2C significanter maior est quam suggestus onerationis 1C, et eius capacitas onerationis tensionis constantis maximam partem (55%) efficit, quod indicat polarizationem accumulatoris recargabilis 2C iam magnam esse. Materia siliconis-carbonica bonam onerationis et exonerationis facultatem ad 1C habet, sed proprietates structurales materiae ulterius emendandae sunt ut maioris celeritatis facultatis consequatur. Ut in Figura 9 demonstratur, post 450 cyclos, ratio retentionis capacitatis est 78%, bonam cycli facultatem ostendens.
Status superficialis electrodi ante et post cyclum per microscopiam electronicam perlustrativam (SEM) investigatus est, et eventus in Figura 10 monstrantur. Ante cyclum, superficies graphiti et materiarum siliconis-carbonicarum clara est [Figura 10(a)]; post cyclum, stratum obducens manifeste in superficie generatur [Figura 10(b)], quod est crassa pellicula SEI. Asperitas pelliculae SEI: Consumptio lithii activi alta est, quod non conducit ad functionem cycli. Ergo, promotio formationis pelliculae SEI levis (ut constructio artificialis pelliculae SEI, additio additivarum electrolyticarum idonearum, etc.) potest functionem cycli emendare. Observatio SEM transversalis particularum siliconis-carbonicarum post cyclum [Figura 10(c)] ostendit nanoparticulas siliconis originales forma fasciae crassiores factas esse et structuram porosam fere eliminatam esse. Hoc maxime debetur continuae expansionis et contractionis voluminis materiae siliconis-carbonicae per cyclum. Ergo, structura porosa ulterius augenda est ut spatium sufficiens praebeatur ad expansionem voluminis materiae siliconis fundatae.
3 Conclusio
Ob expansionem voluminis, conductivitatem parvam, et stabilitatem interfaciei parvam materiarum electrodorum negativorum siliconis fundatarum, haec dissertatio emendationes specificas adfert, a formatione morphologiae nanosheetarum siliconis, constructione structurae porosae, constructione reti conductivae, et obductione carbonica completa totius particularum secundariarum, ad stabilitatem materiarum electrodorum negativorum siliconis fundatarum in toto augendam. Accumulatio nanosheetarum siliconis structuram porosam formare potest. Introductio CNT formationem structurae porosae ulterius promovebit. Materia composita siliconis-carbonis, obductione phasis liquidae praeparata, effectum dupliciter obductionis carbonicae habet quam ea quae obductione phasis solidae praeparata est, et maiorem capacitatem specificam et efficaciam primam exhibet. Praeterea, efficacia prima materiae compositae siliconis-carbonis CNT continentis maior est quam eae sine CNT, quod maxime debetur altiori gradui facultatis structurae porosae ad expansionem voluminis materiarum siliconis fundatarum mitigandam. Introductio CNT rete conductivum tridimensionalem construet, conductivitatem materiarum siliconis fundatarum emendabit, et bonam efficaciam celeritatis ad 1°C demonstrabit; et materia bonam efficaciam cycli ostendit. Attamen structura porosa materiae ulterius firmanda est ut satis spatii tamponis pro expansione voluminis silicii praebeatur, et formatio laevigatae materiae promoveatur.et pellicula SEI densa ad ulterius emendandam efficaciam cycli materiae compositae siliconis-carbonis.
Praebemus etiam producta graphiti et carburi silicii altae puritatis, quae late in tractatione crustularum, ut oxidatione, diffusione, et recoctione, adhibentur.
Clientes ex toto orbe terrarum ad nos visitandos ad ulteriorem disputationem invitamus!
https://www.vet-china.com/
Tempus publicationis: XIII Novembris, MMXXIV