सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बन संमिश्र पदार्थांची तयारी आणि कामगिरी सुधारणा

लिथियम-आयन बॅटरी प्रामुख्याने उच्च ऊर्जा घनतेच्या दिशेने विकसित होत आहेत. खोलीच्या तपमानावर, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियल लिथियमसह मिश्रित करून लिथियम-समृद्ध उत्पादन Li3.75Si फेज तयार केले जाते, ज्याची विशिष्ट क्षमता 3572 mAh/g पर्यंत असते, जी ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड 372 mAh/g च्या सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमतेपेक्षा खूपच जास्त असते. तथापि, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियलच्या वारंवार चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, Si आणि Li3.75Si चे फेज ट्रान्सफॉर्मेशन प्रचंड व्हॉल्यूम एक्सपेंशन (सुमारे 300%) निर्माण करू शकते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोड मटेरियलचे स्ट्रक्चरल पावडरिंग आणि SEI फिल्मची सतत निर्मिती होईल आणि शेवटी क्षमता वेगाने कमी होईल. उद्योग प्रामुख्याने नॅनो-साइझिंग, कार्बन कोटिंग, पोअर फॉर्मेशन आणि इतर तंत्रज्ञानाद्वारे सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियलची कार्यक्षमता आणि सिलिकॉन-आधारित बॅटरीची स्थिरता सुधारतो.

कार्बन पदार्थांमध्ये चांगली चालकता, कमी किंमत आणि विस्तृत स्रोत असतात. ते सिलिकॉन-आधारित पदार्थांची चालकता आणि पृष्ठभागाची स्थिरता सुधारू शकतात. सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडसाठी ते प्राधान्याने कार्यप्रदर्शन सुधारणा अॅडिटीव्ह म्हणून वापरले जातात. सिलिकॉन-कार्बन पदार्थ हे सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या विकासाच्या मुख्य प्रवाहातील दिशा आहेत. कार्बन कोटिंग सिलिकॉन-आधारित पदार्थांची पृष्ठभागाची स्थिरता सुधारू शकते, परंतु सिलिकॉन व्हॉल्यूम विस्तार रोखण्याची त्याची क्षमता सामान्य आहे आणि सिलिकॉन व्हॉल्यूम विस्ताराची समस्या सोडवू शकत नाही. म्हणून, सिलिकॉन-आधारित पदार्थांची स्थिरता सुधारण्यासाठी, सच्छिद्र संरचना तयार करणे आवश्यक आहे. बॉल मिलिंग ही नॅनोमटेरियल तयार करण्यासाठी एक औद्योगिक पद्धत आहे. संमिश्र पदार्थाच्या डिझाइन आवश्यकतांनुसार बॉल मिलिंगद्वारे मिळवलेल्या स्लरीमध्ये वेगवेगळे अॅडिटीव्ह किंवा मटेरियल घटक जोडले जाऊ शकतात. स्लरी विविध स्लरीद्वारे समान रीतीने विखुरली जाते आणि स्प्रे-वाळवली जाते. तात्काळ कोरडे करण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, स्लरीमधील नॅनोपार्टिकल्स आणि इतर घटक आपोआप सच्छिद्र संरचनात्मक वैशिष्ट्ये तयार करतील. हा पेपर सच्छिद्र सिलिकॉन-आधारित पदार्थ तयार करण्यासाठी औद्योगिक आणि पर्यावरणास अनुकूल बॉल मिलिंग आणि स्प्रे ड्रायिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करतो.

सिलिकॉन नॅनोमटेरियल्सच्या आकारविज्ञान आणि वितरण वैशिष्ट्यांचे नियमन करून सिलिकॉन-आधारित पदार्थांची कार्यक्षमता देखील सुधारली जाऊ शकते. सध्या, सिलिकॉन नॅनोरोड्स, सच्छिद्र ग्रेफाइट एम्बेडेड नॅनोसिलिकॉन, कार्बन स्फेअर्समध्ये वितरित नॅनोसिलिकॉन, सिलिकॉन/ग्राफीन अॅरे सच्छिद्र संरचना इत्यादी विविध आकारविज्ञान आणि वितरण वैशिष्ट्यांसह सिलिकॉन-आधारित पदार्थ तयार केले गेले आहेत. नॅनोपार्टिकल्सच्या तुलनेत, नॅनोशीट्स व्हॉल्यूम विस्तारामुळे होणारी क्रशिंग समस्या अधिक चांगल्या प्रकारे दाबू शकतात आणि सामग्रीची कॉम्पॅक्शन घनता जास्त असते. नॅनोशीट्सचे अव्यवस्थित स्टॅकिंग देखील सच्छिद्र रचना तयार करू शकते. सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड एक्सचेंज गटात सामील होण्यासाठी. सिलिकॉन सामग्रीच्या आकारविज्ञान विस्तारासाठी बफर स्पेस प्रदान करा. कार्बन नॅनोट्यूब (CNTs) ची ओळख केवळ सामग्रीची चालकता सुधारू शकत नाही, तर त्याच्या एक-आयामी आकारविज्ञान वैशिष्ट्यांमुळे सामग्रीच्या सच्छिद्र संरचनांच्या निर्मितीला देखील प्रोत्साहन देते. सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि CNTs द्वारे बांधलेल्या सच्छिद्र संरचनांबद्दल कोणतेही अहवाल नाहीत. हे पेपर औद्योगिकदृष्ट्या लागू असलेल्या बॉल मिलिंग, ग्राइंडिंग आणि डिस्पर्शन, स्प्रे ड्रायिंग, कार्बन प्री-कोटिंग आणि कॅल्सीनेशन पद्धतींचा अवलंब करते आणि सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि सीएनटीच्या स्वयं-असेंब्लीद्वारे तयार केलेले सच्छिद्र सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियल तयार करण्यासाठी तयारी प्रक्रियेत सच्छिद्र प्रमोटर्सचा परिचय देते. तयारी प्रक्रिया सोपी, पर्यावरणास अनुकूल आहे आणि कोणताही कचरा द्रव किंवा कचरा अवशेष तयार होत नाही. सिलिकॉन-आधारित मटेरियलच्या कार्बन कोटिंगवर अनेक साहित्य अहवाल आहेत, परंतु कोटिंगच्या परिणामावर सखोल चर्चा फार कमी आहेत. या पेपरमध्ये दोन कार्बन कोटिंग पद्धती, लिक्विड फेज कोटिंग आणि सॉलिड फेज कोटिंग, कोटिंग इफेक्ट आणि सिलिकॉन-आधारित निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड मटेरियलच्या कामगिरीवर होणाऱ्या परिणामांची तपासणी करण्यासाठी कार्बन स्रोत म्हणून डांबराचा वापर केला आहे.

१ प्रयोग

१.१ साहित्याची तयारी

सच्छिद्र सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र पदार्थांच्या तयारीमध्ये प्रामुख्याने पाच टप्पे समाविष्ट आहेत: बॉल मिलिंग, ग्राइंडिंग आणि डिस्पर्शन, स्प्रे ड्रायिंग, कार्बन प्री-कोटिंग आणि कार्बनायझेशन. प्रथम, ५०० ग्रॅम प्रारंभिक सिलिकॉन पावडर (घरगुती, ९९.९९% शुद्धता) वजन करा, २००० ग्रॅम आयसोप्रोपॅनॉल घाला आणि नॅनो-स्केल सिलिकॉन स्लरी मिळविण्यासाठी २४ तासांसाठी २००० आर/मिनिटाच्या बॉल मिलिंग वेगाने ओले बॉल मिलिंग करा. प्राप्त सिलिकॉन स्लरी डिस्पर्शन ट्रान्सफर टँकमध्ये हस्तांतरित केली जाते आणि सिलिकॉनच्या वस्तुमान गुणोत्तरानुसार साहित्य जोडले जाते: ग्रेफाइट (शांघायमध्ये उत्पादित, बॅटरी ग्रेड): कार्बन नॅनोट्यूब (टिआनजिनमध्ये उत्पादित, बॅटरी ग्रेड): पॉलीव्हिनाइल पायरोलिडोन (टिआनजिनमध्ये उत्पादित, विश्लेषणात्मक ग्रेड) = ४०:६०:१.५:२. आयसोप्रोपॅनॉलचा वापर घन पदार्थ समायोजित करण्यासाठी केला जातो आणि घन पदार्थ १५% असण्यासाठी डिझाइन केला आहे. ग्राइंडिंग आणि डिस्पर्शन ४ तासांसाठी ३५०० आर/मिनिटच्या डिस्पर्शन वेगाने केले जाते. CNT न जोडता स्लरीजच्या दुसऱ्या गटाची तुलना केली जाते आणि इतर साहित्य समान असतात. नंतर मिळालेली विखुरलेली स्लरी स्प्रे ड्रायिंग फीडिंग टँकमध्ये हस्तांतरित केली जाते आणि स्प्रे ड्रायिंग नायट्रोजन-संरक्षित वातावरणात केले जाते, ज्यामध्ये इनलेट आणि आउटलेट तापमान अनुक्रमे 180 आणि 90 °C असते. नंतर कार्बन कोटिंगच्या दोन प्रकारांची तुलना केली गेली, सॉलिड फेज कोटिंग आणि लिक्विड फेज कोटिंग. सॉलिड फेज कोटिंग पद्धत अशी आहे: स्प्रे-ड्राय पावडर 20% डांबर पावडर (कोरियामध्ये बनवलेले, D50 5 μm आहे) मध्ये मिसळले जाते, 10 मिनिटांसाठी मेकॅनिकल मिक्सरमध्ये मिसळले जाते आणि प्री-कोटेड पावडर मिळविण्यासाठी मिक्सिंग गती 2000 r/min आहे. लिक्विड फेज कोटिंग पद्धत अशी आहे: स्प्रे-ड्राय पावडर एका जाइलीन द्रावणात (टियांजिनमध्ये बनवलेले, विश्लेषणात्मक ग्रेड) जोडले जाते ज्यामध्ये 55% घनतेवर पावडरमध्ये 20% डांबर विरघळवले जाते आणि व्हॅक्यूम समान रीतीने हलवले जाते. व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये ८५ डिग्री सेल्सियस तापमानावर ४ तास बेक करा, मिक्सिंगसाठी मेकॅनिकल मिक्सरमध्ये ठेवा, मिक्सिंगचा वेग २००० आर/मिनिट आहे आणि प्री-लेपित पावडर मिळविण्यासाठी मिक्सिंगचा वेळ १० मिनिटे आहे. शेवटी, प्री-लेपित पावडर एका रोटरी भट्टीत नायट्रोजन वातावरणाखाली ५°C/मिनिट या गरम दराने कॅल्साइन करण्यात आली. ते प्रथम ५५०°C च्या स्थिर तापमानावर २ तासांसाठी ठेवण्यात आले, नंतर ८००°C पर्यंत गरम होत राहिले आणि २ तास स्थिर तापमानावर ठेवण्यात आले, आणि नंतर नैसर्गिकरित्या १००°C च्या खाली थंड केले आणि सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र पदार्थ मिळविण्यासाठी सोडण्यात आले.

१.२ व्यक्तिचित्रण पद्धती

कण आकार परीक्षक (मास्टरसायझर २००० आवृत्ती, यूकेमध्ये बनवलेले) वापरून सामग्रीच्या कण आकार वितरणाचे विश्लेषण करण्यात आले. पावडरचे आकारविज्ञान आणि आकार तपासण्यासाठी प्रत्येक टप्प्यात मिळवलेल्या पावडरची इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (रेग्युलस ८२२०, जपानमध्ये बनवलेले) स्कॅनिंग करून चाचणी करण्यात आली. एक्स-रे पावडर डिफ्रॅक्शन अॅनालायझर (D8 ADVANCE, जर्मनीमध्ये बनवलेले) वापरून सामग्रीच्या फेज स्ट्रक्चरचे विश्लेषण करण्यात आले आणि ऊर्जा स्पेक्ट्रम अॅनालायझर वापरून सामग्रीच्या मूलभूत रचनेचे विश्लेषण करण्यात आले. प्राप्त सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलचा वापर मॉडेल CR2032 चा बटण हाफ-सेल बनवण्यासाठी करण्यात आला आणि सिलिकॉन-कार्बन: SP: CNT: CMC: SBR चे वस्तुमान गुणोत्तर ९२:२:२:१.५:२.५ होते. काउंटर इलेक्ट्रोड हा धातूचा लिथियम शीट आहे, इलेक्ट्रोलाइट हा व्यावसायिक इलेक्ट्रोलाइट आहे (मॉडेल १९०१, कोरियामध्ये बनवलेला), सेलगार्ड २३२० डायाफ्राम वापरला जातो, चार्ज आणि डिस्चार्ज व्होल्टेज श्रेणी ०.००५-१.५ व्ही आहे, चार्ज आणि डिस्चार्ज करंट ०.१ सेल्सिअस (१ सेल्सिअस = १ ए) आहे आणि डिस्चार्ज कट-ऑफ करंट ०.०५ सेल्सिअस आहे.

सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलच्या कामगिरीची अधिक तपासणी करण्यासाठी, लॅमिनेटेड लहान सॉफ्ट-पॅक बॅटरी 408595 बनवण्यात आली. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड NCM811 (हुनानमध्ये बनवलेले, बॅटरी ग्रेड) वापरतो आणि निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट 8% सिलिकॉन-कार्बन मटेरियलने डोप केलेले असते. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड स्लरी फॉर्म्युला 96% NCM811, 1.2% पॉलीव्हिनिलिडीन फ्लोराइड (PVDF), 2% कंडक्टिव्ह एजंट SP, 0.8% CNT आहे आणि NMP डिस्पर्संट म्हणून वापरला जातो; निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड स्लरी फॉर्म्युला 96% कंपोझिट निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड मटेरियल, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT आहे आणि डिस्पर्संट म्हणून पाणी वापरले जाते. ढवळल्यानंतर, कोटिंग, रोलिंग, कटिंग, लॅमिनेशन, टॅब वेल्डिंग, पॅकेजिंग, बेकिंग, लिक्विड इंजेक्शन, फॉर्मेशन आणि क्षमता विभागणी केल्यानंतर, 3 Ah च्या रेटेड क्षमतेच्या 408595 लॅमिनेटेड लहान सॉफ्ट पॅक बॅटरी तयार करण्यात आल्या. ०.२C, ०.५C, १C, २C आणि ३C चे रेट परफॉर्मन्स आणि ०.५C चार्ज आणि १C डिस्चार्जचे सायकल परफॉर्मन्स तपासण्यात आले. चार्ज आणि डिस्चार्ज व्होल्टेज रेंज २.८-४.२ V, स्थिर करंट आणि स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग आणि कट-ऑफ करंट ०.५C होता.

२ निकाल आणि चर्चा

इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून सुरुवातीचे सिलिकॉन पावडर पाहिले गेले. आकृती 1(a) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, सिलिकॉन पावडर अनियमितपणे दाणेदार होती ज्याचा कण आकार 2μm पेक्षा कमी होता. बॉल मिलिंगनंतर, सिलिकॉन पावडरचा आकार लक्षणीयरीत्या सुमारे 100 nm [आकृती 1(b)] पर्यंत कमी झाला. कण आकार चाचणीत असे दिसून आले की बॉल मिलिंगनंतर सिलिकॉन पावडरचा D50 110 nm आणि D90 175 nm होता. बॉल मिलिंगनंतर सिलिकॉन पावडरच्या आकारविज्ञानाची काळजीपूर्वक तपासणी केल्यास फ्लॅकी स्ट्रक्चर दिसून येते (फ्लेकी स्ट्रक्चरची निर्मिती नंतर क्रॉस-सेक्शनल SEM वरून अधिक सत्यापित केली जाईल). म्हणून, कण आकार चाचणीतून मिळालेला D90 डेटा नॅनोशीटच्या लांबीच्या परिमाणाचा असावा. SEM निकालांसह एकत्रितपणे, असे ठरवता येते की प्राप्त नॅनोशीटचा आकार कमीतकमी एका परिमाणात चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग दरम्यान सिलिकॉन पावडरच्या ब्रेकेजच्या 150 nm च्या गंभीर मूल्यापेक्षा लहान आहे. फ्लॅकी मॉर्फोलॉजीची निर्मिती प्रामुख्याने क्रिस्टलीय सिलिकॉनच्या क्रिस्टल प्लेनच्या वेगवेगळ्या पृथक्करण उर्जेमुळे होते, ज्यामध्ये सिलिकॉनच्या {111} प्लेनमध्ये {100} आणि {110} क्रिस्टल प्लेनपेक्षा कमी पृथक्करण ऊर्जा असते. म्हणून, हे क्रिस्टल प्लेन बॉल मिलिंगद्वारे अधिक सहजपणे पातळ केले जाते आणि शेवटी फ्लॅकी स्ट्रक्चर बनवते. फ्लॅकी स्ट्रक्चर सैल स्ट्रक्चर्सच्या संचयनासाठी अनुकूल आहे, सिलिकॉनच्या आकारमान विस्तारासाठी जागा राखून ठेवते आणि सामग्रीची स्थिरता सुधारते.

नॅनो-सिलिकॉन, CNT आणि ग्रेफाइट असलेली स्लरी फवारण्यात आली आणि फवारणीपूर्वी आणि नंतर पावडर SEM द्वारे तपासण्यात आली. निकाल आकृती 2 मध्ये दाखवले आहेत. फवारणीपूर्वी जोडलेले ग्रेफाइट मॅट्रिक्स हे 5 ते 20 μm आकाराचे एक सामान्य फ्लेक स्ट्रक्चर आहे [आकृती 2(a)]. ग्रेफाइटच्या कण आकार वितरण चाचणीवरून असे दिसून येते की D50 15μm आहे. फवारणीनंतर मिळालेल्या पावडरमध्ये गोलाकार आकारविज्ञान आहे [आकृती 2(b)], आणि असे दिसून येते की फवारणीनंतर ग्रेफाइट कोटिंग लेयरने लेपित आहे. फवारणीनंतर पावडरचा D50 26.2 μm आहे. SEM द्वारे दुय्यम कणांची आकारविज्ञान वैशिष्ट्ये पाहिली गेली, जी नॅनोमटेरियल्सद्वारे जमा झालेल्या सैल सच्छिद्र संरचनेची वैशिष्ट्ये दर्शविते [आकृती 2(c)]. सच्छिद्र रचना सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि CNTs द्वारे बनलेली आहे [आकृती 2(d)], आणि चाचणी विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र (BET) 53.3 m2/g इतके जास्त आहे. म्हणून, फवारणीनंतर, सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि सीएनटी स्वतः एकत्र येऊन एक सच्छिद्र रचना तयार करतात.

सच्छिद्र थरावर द्रव कार्बन कोटिंगने प्रक्रिया करण्यात आली आणि कार्बन कोटिंग प्रिकर्सर पिच आणि कार्बोनाइझेशन जोडल्यानंतर, SEM निरीक्षण केले गेले. निकाल आकृती 3 मध्ये दर्शविले आहेत. कार्बन प्री-कोटिंगनंतर, दुय्यम कणांची पृष्ठभाग गुळगुळीत होते, एक स्पष्ट कोटिंग लेयरसह, आणि कोटिंग पूर्ण होते, जसे की आकृती 3(a) आणि (b) मध्ये दर्शविले आहे. कार्बोनाइझेशननंतर, पृष्ठभाग कोटिंग लेयर चांगली कोटिंग स्थिती राखते [आकृती 3(c)]. याव्यतिरिक्त, क्रॉस-सेक्शनल SEM प्रतिमा स्ट्रिप-आकाराचे नॅनोपार्टिकल्स [आकृती 3(d)] दर्शवते, जे नॅनोशीट्सच्या आकारविज्ञान वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहे, बॉल मिलिंगनंतर सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या निर्मितीची पुष्टी करते. याव्यतिरिक्त, आकृती 3(d) दर्शविते की काही नॅनोशीट्समध्ये फिलर आहेत. हे प्रामुख्याने द्रव फेज कोटिंग पद्धतीच्या वापरामुळे होते. डांबराचे द्रावण सामग्रीमध्ये प्रवेश करेल, जेणेकरून अंतर्गत सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या पृष्ठभागावर कार्बन कोटिंग संरक्षक थर मिळेल. म्हणून, द्रव फेज कोटिंग वापरून, दुय्यम कण कोटिंग प्रभाव मिळविण्याव्यतिरिक्त, प्राथमिक कण कोटिंगचा दुहेरी कार्बन कोटिंग प्रभाव देखील मिळवता येतो. कार्बनाइज्ड पावडरची चाचणी BET द्वारे करण्यात आली आणि चाचणी निकाल 22.3 m2/g होता.

कार्बनाइज्ड पावडरचे क्रॉस-सेक्शनल एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषण (EDS) करण्यात आले आणि त्याचे परिणाम आकृती 4(a) मध्ये दाखवले आहेत. मायक्रोन-आकाराचा कोर C घटक आहे, जो ग्रेफाइट मॅट्रिक्सशी संबंधित आहे आणि बाह्य आवरणात सिलिकॉन आणि ऑक्सिजन आहे. सिलिकॉनच्या संरचनेचा अधिक तपास करण्यासाठी, एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) चाचणी करण्यात आली आणि त्याचे परिणाम आकृती 4(b) मध्ये दाखवले आहेत. हे मटेरियल प्रामुख्याने ग्रेफाइट आणि सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉनपासून बनलेले आहे, ज्यामध्ये कोणतेही स्पष्ट सिलिकॉन ऑक्साईड वैशिष्ट्ये नाहीत, जे दर्शविते की एनर्जी स्पेक्ट्रम चाचणीचा ऑक्सिजन घटक प्रामुख्याने सिलिकॉन पृष्ठभागाच्या नैसर्गिक ऑक्सिडेशनमधून येतो. सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियल S1 म्हणून नोंदवले गेले आहे.

तयार केलेल्या सिलिकॉन-कार्बन मटेरियल S1 ला बटण-प्रकारचे अर्ध-सेल उत्पादन आणि चार्ज-डिस्चार्ज चाचण्या देण्यात आल्या. पहिला चार्ज-डिस्चार्ज वक्र आकृती 5 मध्ये दर्शविला आहे. उलट करता येणारी विशिष्ट क्षमता 1000.8 mAh/g आहे आणि पहिल्या चक्राची कार्यक्षमता 93.9% इतकी जास्त आहे, जी साहित्यात नोंदवलेल्या प्री-लिथिएशनशिवाय बहुतेक सिलिकॉन-आधारित मटेरियलच्या पहिल्या कार्यक्षमतेपेक्षा जास्त आहे. उच्च प्रथम कार्यक्षमता दर्शवते की तयार केलेल्या सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलमध्ये उच्च स्थिरता आहे. सच्छिद्र रचना, वाहक नेटवर्क आणि कार्बन कोटिंगचा सिलिकॉन-कार्बन मटेरियलच्या स्थिरतेवर होणारा परिणाम सत्यापित करण्यासाठी, CNT न जोडता आणि प्राथमिक कार्बन कोटिंगशिवाय दोन प्रकारचे सिलिकॉन-कार्बन मटेरियल तयार केले गेले.

CNT न जोडता सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलच्या कार्बनाइज्ड पावडरचे आकारविज्ञान आकृती 6 मध्ये दाखवले आहे. द्रव टप्प्यातील कोटिंग आणि कार्बोनाइजेशननंतर, आकृती 6(a) मध्ये दुय्यम कणांच्या पृष्ठभागावर एक कोटिंग थर स्पष्टपणे दिसतो. कार्बनाइज्ड मटेरियलचा क्रॉस-सेक्शनल SEM आकृती 6(b) मध्ये दाखवला आहे. सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या स्टॅकिंगमध्ये सच्छिद्र वैशिष्ट्ये आहेत आणि BET चाचणी 16.6 m2/g आहे. तथापि, CNT च्या बाबतीत [आकृती 3(d) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, त्याच्या कार्बनाइज्ड पावडरची BET चाचणी 22.3 m2/g आहे] तुलनेत, अंतर्गत नॅनो-सिलिकॉन स्टॅकिंग घनता जास्त आहे, जी दर्शवते की CNT ची भर पडल्याने सच्छिद्र रचना तयार होऊ शकते. याव्यतिरिक्त, मटेरियलमध्ये CNT द्वारे बांधलेले त्रिमितीय प्रवाहकीय नेटवर्क नाही. सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियल S2 म्हणून नोंदवले गेले आहे.

सॉलिड-फेज कार्बन कोटिंगद्वारे तयार केलेल्या सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलची मॉर्फोलॉजिकल वैशिष्ट्ये आकृती 7 मध्ये दर्शविली आहेत. कार्बोनाइजेशननंतर, पृष्ठभागावर एक स्पष्ट कोटिंग लेयर आहे, जसे की आकृती 7(a) मध्ये दर्शविले आहे. आकृती 7(b) दर्शविते की क्रॉस सेक्शनमध्ये स्ट्रिप-आकाराचे नॅनोपार्टिकल्स आहेत, जे नॅनोशीट्सच्या मॉर्फोलॉजिकल वैशिष्ट्यांशी जुळतात. नॅनोशीट्सचे संचय एक सच्छिद्र रचना बनवते. अंतर्गत नॅनोशीट्सच्या पृष्ठभागावर कोणतेही स्पष्ट फिलर नाही, जे दर्शविते की सॉलिड-फेज कार्बन कोटिंग फक्त सच्छिद्र रचना असलेला कार्बन कोटिंग लेयर बनवते आणि सिलिकॉन नॅनोशीट्ससाठी कोणताही अंतर्गत कोटिंग लेयर नाही. हे सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियल S3 म्हणून नोंदवले गेले आहे.

S2 आणि S3 वर बटण-प्रकारची अर्ध-सेल चार्ज आणि डिस्चार्ज चाचणी घेण्यात आली. S2 ची विशिष्ट क्षमता आणि पहिली कार्यक्षमता अनुक्रमे 1120.2 mAh/g आणि 84.8% होती आणि S3 ची विशिष्ट क्षमता आणि पहिली कार्यक्षमता अनुक्रमे 882.5 mAh/g आणि 82.9% होती. सॉलिड-फेज लेपित S3 नमुन्याची विशिष्ट क्षमता आणि पहिली कार्यक्षमता सर्वात कमी होती, जी दर्शवते की केवळ सच्छिद्र संरचनेचे कार्बन कोटिंग केले गेले होते आणि अंतर्गत सिलिकॉन नॅनोशीट्सचे कार्बन कोटिंग केले गेले नव्हते, जे सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या विशिष्ट क्षमतेला पूर्ण खेळ देऊ शकले नाही आणि सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या पृष्ठभागाचे संरक्षण करू शकले नाही. CNT शिवाय S2 नमुन्याची पहिली कार्यक्षमता देखील CNT असलेल्या सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीपेक्षा कमी होती, हे दर्शवते की चांगल्या कोटिंग लेयरच्या आधारावर, प्रवाहकीय नेटवर्क आणि उच्च प्रमाणात सच्छिद्र रचना सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीच्या चार्ज आणि डिस्चार्ज कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्यास अनुकूल आहे.

रेट परफॉर्मन्स आणि सायकल परफॉर्मन्स तपासण्यासाठी S1 सिलिकॉन-कार्बन मटेरियलचा वापर करून एक लहान सॉफ्ट-पॅक फुल बॅटरी बनवण्यात आली. डिस्चार्ज रेट वक्र आकृती 8(a) मध्ये दाखवला आहे. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C आणि 3C ची डिस्चार्ज क्षमता अनुक्रमे 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 आणि 1.021 Ah आहे. 1C डिस्चार्ज रेट 98.3% इतका जास्त आहे, परंतु 2C डिस्चार्ज रेट 73.3% पर्यंत घसरतो आणि 3C डिस्चार्ज रेट 34.4% पर्यंत घसरतो. सिलिकॉन निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड एक्सचेंज ग्रुपमध्ये सामील होण्यासाठी, कृपया WeChat: shimobang जोडा. चार्जिंग रेटच्या बाबतीत, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C आणि 3C चार्जिंग क्षमता अनुक्रमे 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 आणि 2.289 Ah आहेत. 1C चार्जिंग रेट 96.7% आहे आणि 2C चार्जिंग रेट अजूनही 84.3% पर्यंत पोहोचतो. तथापि, आकृती 8(b) मधील चार्जिंग वक्र पाहिल्यास, 2C चार्जिंग प्लॅटफॉर्म 1C चार्जिंग प्लॅटफॉर्मपेक्षा लक्षणीयरीत्या मोठा आहे आणि त्याची स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग क्षमता बहुतेक (55%) आहे, जे दर्शवते की 2C रिचार्जेबल बॅटरीचे ध्रुवीकरण आधीच खूप मोठे आहे. सिलिकॉन-कार्बन मटेरियलमध्ये 1C वर चांगले चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग परफॉर्मन्स आहेत, परंतु उच्च दर कामगिरी साध्य करण्यासाठी मटेरियलची स्ट्रक्चरल वैशिष्ट्ये आणखी सुधारणे आवश्यक आहे. आकृती 9 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 450 चक्रांनंतर, क्षमता धारणा दर 78% आहे, जो चांगला सायकल परफॉर्मन्स दर्शवितो.

SEM द्वारे सायकलच्या आधी आणि नंतर इलेक्ट्रोडची पृष्ठभागाची स्थिती तपासली गेली आणि त्याचे परिणाम आकृती १० मध्ये दाखवले आहेत. सायकलच्या आधी, ग्रेफाइट आणि सिलिकॉन-कार्बन पदार्थांची पृष्ठभाग स्पष्ट आहे [आकृती १०(अ)]; सायकलनंतर, पृष्ठभागावर एक कोटिंग थर स्पष्टपणे तयार होतो [आकृती १०(ब)], जो एक जाड SEI फिल्म आहे. SEI फिल्म खडबडीतपणा सक्रिय लिथियमचा वापर जास्त आहे, जो सायकलच्या कामगिरीसाठी अनुकूल नाही. म्हणून, गुळगुळीत SEI फिल्म (जसे की कृत्रिम SEI फिल्म बांधकाम, योग्य इलेक्ट्रोलाइट अॅडिटीव्ह जोडणे इ.) तयार करण्यास प्रोत्साहन देणे सायकलची कार्यक्षमता सुधारू शकते. सायकलनंतर सिलिकॉन-कार्बन कणांचे क्रॉस-सेक्शनल SEM निरीक्षण [आकृती १०(क)] दर्शविते की मूळ स्ट्रिप-आकाराचे सिलिकॉन नॅनोपार्टिकल्स खडबडीत झाले आहेत आणि सच्छिद्र रचना मुळात काढून टाकली गेली आहे. हे प्रामुख्याने सायकल दरम्यान सिलिकॉन-कार्बन पदार्थाच्या सतत आकारमान विस्तार आणि आकुंचनामुळे आहे. म्हणून, सिलिकॉन-आधारित पदार्थाच्या आकारमान विस्तारासाठी पुरेशी बफर जागा प्रदान करण्यासाठी सच्छिद्र रचना आणखी वाढवणे आवश्यक आहे.

३ निष्कर्ष

सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियलच्या व्हॉल्यूम विस्तार, खराब चालकता आणि खराब इंटरफेस स्थिरता यावर आधारित, हे पेपर सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या आकारविज्ञान आकार, सच्छिद्र संरचना बांधकाम, वाहक नेटवर्क बांधकाम आणि संपूर्ण दुय्यम कणांच्या संपूर्ण कार्बन कोटिंगपासून लक्ष्यित सुधारणा करते, ज्यामुळे सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियलची स्थिरता सुधारते. सिलिकॉन नॅनोशीट्सचे संचय एक सच्छिद्र रचना तयार करू शकते. CNT ची ओळख सच्छिद्र रचना तयार करण्यास आणखी प्रोत्साहन देईल. लिक्विड फेज कोटिंगद्वारे तयार केलेल्या सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलमध्ये सॉलिड फेज कोटिंगद्वारे तयार केलेल्यापेक्षा दुहेरी कार्बन कोटिंग प्रभाव असतो आणि उच्च विशिष्ट क्षमता आणि प्रथम कार्यक्षमता प्रदर्शित करते. याव्यतिरिक्त, CNT असलेल्या सिलिकॉन-कार्बन कंपोझिट मटेरियलची पहिली कार्यक्षमता CNT शिवाय असलेल्यांपेक्षा जास्त असते, जे प्रामुख्याने सिलिकॉन-आधारित मटेरियलच्या व्हॉल्यूम विस्तारास कमी करण्याच्या उच्च प्रमाणात सच्छिद्र संरचनेच्या क्षमतेमुळे आहे. CNT ची ओळख त्रिमितीय वाहक नेटवर्क तयार करेल, सिलिकॉन-आधारित मटेरियलची चालकता सुधारेल आणि 1C वर चांगले दर कामगिरी दर्शवेल; आणि मटेरियल चांगले सायकल कामगिरी दर्शवेल. तथापि, सिलिकॉनच्या आकारमानाच्या विस्तारासाठी पुरेशी बफर जागा प्रदान करण्यासाठी आणि गुळगुळीतआणि सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीच्या सायकल कामगिरीमध्ये आणखी सुधारणा करण्यासाठी दाट SEI फिल्म.

आम्ही उच्च-शुद्धता असलेले ग्रेफाइट आणि सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादने देखील पुरवतो, जी ऑक्सिडेशन, डिफ्यूजन आणि अॅनिलिंग सारख्या वेफर प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात.

पुढील चर्चेसाठी जगभरातील कोणत्याही ग्राहकांना आमच्याकडे येण्याचे स्वागत आहे!

https://www.vet-china.com/