सच्छिद्र सिलिकॉन कार्बन संमिश्र सामग्रीची तयारी आणि कार्यप्रदर्शन सुधारणा

लिथियम-आयन बॅटरी प्रामुख्याने उच्च ऊर्जा घनतेच्या दिशेने विकसित होत आहेत. खोलीच्या तपमानावर, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियल मिश्रधातूसह लिथियम समृद्ध उत्पादन Li3.75Si फेज तयार करते, ज्याची विशिष्ट क्षमता 3572 mAh/g पर्यंत असते, जी ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड 372 च्या सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमतेपेक्षा खूप जास्त असते. mAh/g तथापि, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीच्या वारंवार चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, Si आणि Li3.75Si चे फेज ट्रान्सफॉर्मेशन प्रचंड व्हॉल्यूम विस्तार (सुमारे 300%) निर्माण करू शकते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोड सामग्रीचे स्ट्रक्चरल पावडरिंग आणि सतत निर्मिती होऊ शकते. SEI चित्रपट, आणि शेवटी क्षमता वेगाने कमी होऊ. उद्योग प्रामुख्याने सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीचे कार्यप्रदर्शन आणि नॅनो-आकार, कार्बन कोटिंग, छिद्र निर्मिती आणि इतर तंत्रज्ञानाद्वारे सिलिकॉन-आधारित बॅटरीची स्थिरता सुधारतो.

कार्बन सामग्रीमध्ये चांगली चालकता, कमी किंमत आणि विस्तृत स्त्रोत आहेत. ते सिलिकॉन-आधारित सामग्रीची चालकता आणि पृष्ठभागाची स्थिरता सुधारू शकतात. ते प्राधान्याने सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड्ससाठी कार्यप्रदर्शन सुधारणा ऍडिटीव्ह म्हणून वापरले जातात. सिलिकॉन-कार्बन सामग्री ही सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या विकासाची मुख्य दिशा आहे. कार्बन कोटिंग सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या पृष्ठभागाची स्थिरता सुधारू शकते, परंतु सिलिकॉन व्हॉल्यूम विस्तार रोखण्याची त्याची क्षमता सामान्य आहे आणि सिलिकॉन व्हॉल्यूम विस्ताराची समस्या सोडवू शकत नाही. म्हणून, सिलिकॉन-आधारित सामग्रीची स्थिरता सुधारण्यासाठी, छिद्रपूर्ण संरचना तयार करणे आवश्यक आहे. नॅनोमटेरियल्स तयार करण्यासाठी बॉल मिलिंग ही एक औद्योगिक पद्धत आहे. संमिश्र सामग्रीच्या डिझाइन आवश्यकतांनुसार बॉल मिलिंगद्वारे प्राप्त केलेल्या स्लरीमध्ये भिन्न पदार्थ किंवा साहित्य घटक जोडले जाऊ शकतात. स्लरी विविध स्लरी आणि फवारणीद्वारे वाळवून समान रीतीने विखुरली जाते. तात्काळ कोरडे होण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, स्लरीमधील नॅनोकण आणि इतर घटक उत्स्फूर्तपणे सच्छिद्र संरचनात्मक वैशिष्ट्ये तयार करतील. हा पेपर सच्छिद्र सिलिकॉन-आधारित सामग्री तयार करण्यासाठी औद्योगिक आणि पर्यावरणास अनुकूल बॉल मिलिंग आणि स्प्रे ड्रायिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करतो.

सिलिकॉन नॅनोमटेरिअल्सच्या आकारविज्ञान आणि वितरण वैशिष्ट्यांचे नियमन करून सिलिकॉन-आधारित सामग्रीचे कार्यप्रदर्शन देखील सुधारले जाऊ शकते. सध्या, सिलिकॉन नॅनोरोड्स, सच्छिद्र ग्रेफाइट एम्बेडेड नॅनोसिलिकॉन, कार्बन स्फेअर्समध्ये वितरीत केलेले नॅनोसिलिकॉन, सिलिकॉन/ग्रॅफीन ॲरे सच्छिद्र संरचना, इत्यादी सारख्या विविध आकारविज्ञान आणि वितरण वैशिष्ट्यांसह सिलिकॉन-आधारित सामग्री तयार केली गेली आहे. त्याच प्रमाणात, नॅनोपार्टिकच्या तुलनेत. , नॅनोशीट्स व्हॉल्यूम विस्तारामुळे होणारी क्रशिंग समस्या अधिक चांगल्या प्रकारे दाबू शकतात आणि सामग्रीमध्ये उच्च कॉम्पॅक्शन घनता असते. नॅनोशीट्सचे अव्यवस्थित स्टॅकिंग देखील सच्छिद्र रचना बनवू शकते. सिलिकॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड एक्सचेंज ग्रुपमध्ये सामील होण्यासाठी. सिलिकॉन सामग्रीच्या व्हॉल्यूम विस्तारासाठी बफर स्पेस प्रदान करा. कार्बन नॅनोट्यूब्स (CNTs) चा परिचय केवळ सामग्रीची चालकता सुधारू शकत नाही, परंतु त्याच्या एक-आयामी आकारात्मक वैशिष्ट्यांमुळे सामग्रीच्या सच्छिद्र संरचनांच्या निर्मितीस प्रोत्साहन देते. सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि CNTs द्वारे तयार केलेल्या सच्छिद्र संरचनांबद्दल कोणतेही अहवाल नाहीत. हा पेपर औद्योगिकदृष्ट्या लागू होणारे बॉल मिलिंग, ग्राइंडिंग आणि डिस्पर्शन, स्प्रे ड्रायिंग, कार्बन प्री-कोटिंग आणि कॅल्सीनेशन पद्धतींचा अवलंब करतो आणि सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या सेल्फ-असेंबलीद्वारे तयार केलेले सच्छिद्र सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड साहित्य तयार करण्यासाठी तयार करण्याच्या प्रक्रियेत सच्छिद्र प्रवर्तकांचा परिचय करून देतो. CNTs. तयार करण्याची प्रक्रिया सोपी, पर्यावरणास अनुकूल आहे आणि कोणतेही कचरा द्रव किंवा कचरा अवशेष तयार होत नाही. सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या कार्बन कोटिंगवर अनेक साहित्य अहवाल आहेत, परंतु कोटिंगच्या प्रभावावर काही सखोल चर्चा आहेत. हा पेपर कार्बन कोटिंगच्या दोन पद्धती, लिक्विड फेज कोटिंग आणि सॉलिड फेज कोटिंग, कोटिंग इफेक्ट आणि सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड मटेरियलच्या कार्यप्रदर्शनाच्या प्रभावाची तपासणी करण्यासाठी कार्बन स्त्रोत म्हणून डांबराचा वापर करतो.

1 प्रयोग
1.1 साहित्य तयार करणे

सच्छिद्र सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीच्या तयारीमध्ये प्रामुख्याने पाच चरणांचा समावेश होतो: बॉल मिलिंग, ग्राइंडिंग आणि डिस्पर्शन, स्प्रे ड्रायिंग, कार्बन प्री-कोटिंग आणि कार्बनीकरण. प्रथम, 500 ग्रॅम प्रारंभिक सिलिकॉन पावडरचे वजन करा (घरगुती, 99.99% शुद्धता), 2000 ग्रॅम आयसोप्रोपॅनॉल घाला आणि नॅनो-स्केल सिलिकॉन स्लरी मिळविण्यासाठी 24 तासांसाठी 2000 r/min च्या बॉल मिलिंग गतीने ओले बॉल मिलिंग करा. मिळालेली सिलिकॉन स्लरी डिस्पर्शन ट्रान्सफर टँकमध्ये हस्तांतरित केली जाते, आणि सिलिकॉनच्या वस्तुमान गुणोत्तरानुसार सामग्री जोडली जाते: ग्रेफाइट (शांघायमध्ये उत्पादित, बॅटरी ग्रेड): कार्बन नॅनोट्यूब (टियांजिनमध्ये उत्पादित, बॅटरी ग्रेड): पॉलीविनाइल पायरोलिडोन (उत्पादित). टियांजिनमध्ये, विश्लेषणात्मक ग्रेड) = 40:60:1.5:2. Isopropanol घन सामग्री समायोजित करण्यासाठी वापरले जाते, आणि घन सामग्री 15% करण्यासाठी डिझाइन केले आहे. ग्राइंडिंग आणि फैलाव 4 तासांसाठी 3500 r/min च्या फैलाव गतीने केले जाते. सीएनटी न जोडता स्लरींच्या दुसर्या गटाची तुलना केली जाते आणि इतर साहित्य समान आहेत. प्राप्त केलेली विखुरलेली स्लरी नंतर स्प्रे ड्रायिंग फीडिंग टाकीमध्ये हस्तांतरित केली जाते आणि स्प्रे कोरडे नायट्रोजन-संरक्षित वातावरणात केले जाते, इनलेट आणि आउटलेटचे तापमान अनुक्रमे 180 आणि 90 °C असते. मग दोन प्रकारच्या कार्बन कोटिंगची तुलना केली गेली, सॉलिड फेज कोटिंग आणि लिक्विड फेज कोटिंग. सॉलिड फेज कोटिंग पद्धत अशी आहे: स्प्रे-वाळलेली पावडर 20% डांबर पावडरमध्ये मिसळली जाते (कोरियामध्ये बनलेली, D50 5 μm आहे), 10 मिनिटांसाठी यांत्रिक मिक्सरमध्ये मिसळली जाते आणि मिळविण्यासाठी मिक्सिंगची गती 2000 r/min आहे. पूर्व-लेपित पावडर. लिक्विड फेज कोटिंग पद्धत अशी आहे: स्प्रे-वाळलेल्या पावडरला जाइलीन सोल्युशनमध्ये (तियांजिन, विश्लेषणात्मक ग्रेडमध्ये बनवलेले) 20% डांबर 55% च्या घन सामग्रीमध्ये विसर्जित केले जाते आणि व्हॅक्यूम समान रीतीने ढवळले जाते. व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये 85℃ वर 4 तास बेक करा, मिक्सिंगसाठी मेकॅनिकल मिक्सरमध्ये ठेवा, मिक्सिंगचा वेग 2000 r/min आहे आणि प्री-कोटेड पावडर मिळविण्यासाठी मिक्सिंगची वेळ 10 मिनिटे आहे. शेवटी, प्री-लेपित पावडर रोटरी भट्टीमध्ये नायट्रोजन वातावरणात 5°C/मिनिटाच्या गरम दराने कॅलक्लाइंड केली गेली. ते प्रथम 2h साठी 550°C च्या स्थिर तापमानावर ठेवले गेले, नंतर 800°C पर्यंत गरम होत राहिले आणि 2h पर्यंत स्थिर तापमानावर ठेवले गेले आणि नंतर नैसर्गिकरित्या 100°C च्या खाली थंड केले गेले आणि सिलिकॉन-कार्बन मिळविण्यासाठी डिस्चार्ज केले गेले. संमिश्र साहित्य.

1.2 वैशिष्ट्यीकरण पद्धती

कण आकार परीक्षक (यूकेमध्ये बनविलेले मास्टरसायझर 2000 आवृत्ती) वापरून सामग्रीच्या कण आकार वितरणाचे विश्लेषण केले गेले. पावडरचे आकारविज्ञान आणि आकार तपासण्यासाठी इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (रेगुलस8220, जपानमध्ये बनवलेले) स्कॅन करून प्रत्येक चरणात प्राप्त पावडरची चाचणी घेण्यात आली. एक्स-रे पावडर डिफ्रॅक्शन विश्लेषक (जर्मनीमध्ये बनवलेले D8 ADVANCE) वापरून सामग्रीच्या फेज स्ट्रक्चरचे विश्लेषण केले गेले आणि ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषक वापरून सामग्रीच्या मूलभूत रचनाचे विश्लेषण केले गेले. प्राप्त सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीचा वापर मॉडेल CR2032 चे अर्ध-सेल बटण बनविण्यासाठी केला गेला आणि सिलिकॉन-कार्बनचे वस्तुमान गुणोत्तर: SP: CNT: CMC: SBR होते 92:2:2:1.5:2.5. काउंटर इलेक्ट्रोड एक धातूची लिथियम शीट आहे, इलेक्ट्रोलाइट एक व्यावसायिक इलेक्ट्रोलाइट आहे (मॉडेल 1901, कोरियामध्ये बनविलेले), सेलगार्ड 2320 डायाफ्राम वापरला जातो, चार्ज आणि डिस्चार्ज व्होल्टेज श्रेणी 0.005-1.5 व्ही आहे, चार्ज आणि डिस्चार्ज वर्तमान 0.1 सी आहे (1C = 1A), आणि डिस्चार्ज कट-ऑफ करंट 0.05 C आहे.

सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीच्या कार्यप्रदर्शनाची अधिक तपासणी करण्यासाठी, लॅमिनेटेड लहान सॉफ्ट-पॅक बॅटरी 408595 बनविली गेली. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड NCM811 (हुनान, बॅटरी ग्रेडमध्ये बनवलेला) वापरतो आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट 8% सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीसह डोप केलेले आहे. पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड स्लरी फॉर्म्युला 96% NCM811, 1.2% polyvinylidene fluoride (PVDF), 2% प्रवाहकीय एजंट SP, 0.8% CNT, आणि NMP हे डिस्पर्संट म्हणून वापरले जाते; नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी फॉर्म्युला 96% संमिश्र नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT आहे आणि पाणी डिस्पर्संट म्हणून वापरले जाते. ढवळणे, कोटिंग, रोलिंग, कटिंग, लॅमिनेशन, टॅब वेल्डिंग, पॅकेजिंग, बेकिंग, द्रव इंजेक्शन, निर्मिती आणि क्षमता विभागणी केल्यानंतर, 3 Ah रेट केलेल्या क्षमतेच्या 408595 लॅमिनेटेड लहान सॉफ्ट पॅक बॅटरी तयार केल्या गेल्या. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C आणि 3C ची दर कामगिरी आणि 0.5C चार्ज आणि 1C डिस्चार्जच्या सायकल कामगिरीची चाचणी घेण्यात आली. चार्ज आणि डिस्चार्ज व्होल्टेज श्रेणी 2.8-4.2 V, स्थिर प्रवाह आणि स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग आणि कट-ऑफ प्रवाह 0.5C होता.

2 परिणाम आणि चर्चा
इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून प्रारंभिक सिलिकॉन पावडर आढळून आली. आकृती 1(a) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सिलिकॉन पावडर 2μm पेक्षा कमी कण आकारासह अनियमितपणे दाणेदार होते. बॉल मिलिंग केल्यानंतर, सिलिकॉन पावडरचा आकार लक्षणीयरीत्या 100 nm इतका कमी झाला [आकृती 1(b)]. कण आकाराच्या चाचणीत असे दिसून आले की बॉल मिलिंगनंतर सिलिकॉन पावडरचा D50 110 nm आणि D90 175 nm होता. बॉल मिलिंगनंतर सिलिकॉन पावडरच्या मॉर्फोलॉजीची काळजीपूर्वक तपासणी केल्यास एक फ्लॅकी रचना दिसून येते (फ्लॅकी स्ट्रक्चरची निर्मिती नंतर क्रॉस-सेक्शनल एसईएम वरून सत्यापित केली जाईल). म्हणून, कण आकार चाचणीतून प्राप्त केलेला D90 डेटा नॅनोशीटची लांबी परिमाणे असावा. SEM परिणामांसह, हे ठरवले जाऊ शकते की प्राप्त नॅनोशीटचा आकार कमीतकमी एका परिमाणात चार्जिंग आणि डिस्चार्ज दरम्यान सिलिकॉन पावडरच्या ब्रेकेजच्या 150 एनएमच्या गंभीर मूल्यापेक्षा लहान आहे. फ्लॅकी मॉर्फोलॉजीची निर्मिती प्रामुख्याने क्रिस्टलीय सिलिकॉनच्या क्रिस्टल प्लॅन्सच्या वेगवेगळ्या पृथक्करण उर्जेमुळे होते, ज्यामध्ये सिलिकॉनच्या {111} समतलामध्ये {100} आणि {110} क्रिस्टल प्लॅन्सपेक्षा कमी पृथक्करण ऊर्जा असते. म्हणून, हे क्रिस्टल प्लेन बॉल मिलिंगद्वारे अधिक सहजपणे पातळ केले जाते आणि शेवटी एक फ्लॅकी रचना तयार करते. फ्लॅकी रचना सैल संरचनांच्या संचयनास अनुकूल आहे, सिलिकॉनच्या व्हॉल्यूम विस्तारासाठी जागा राखून ठेवते आणि सामग्रीची स्थिरता सुधारते.

नॅनो-सिलिकॉन, सीएनटी आणि ग्रेफाइट असलेली स्लरी फवारण्यात आली आणि फवारणीपूर्वी आणि नंतर पावडरची SEM द्वारे तपासणी केली गेली. परिणाम आकृती 2 मध्ये दर्शविले आहेत. फवारणीपूर्वी जोडलेले ग्रेफाइट मॅट्रिक्स हे 5 ते 20 μm [आकृती 2(a)] आकाराची ठराविक फ्लेक रचना आहे. ग्रेफाइटचे कण आकार वितरण चाचणी दाखवते की D50 15μm आहे. फवारणीनंतर मिळालेल्या पावडरमध्ये गोलाकार आकारविज्ञान असते [आकृती 2(b)], आणि फवारणीनंतर ग्रेफाइट कोटिंगच्या थराने लेपित केलेले दिसून येते. फवारणीनंतर पावडरचे D50 26.2 μm आहे. दुय्यम कणांची आकारविज्ञान वैशिष्ट्ये SEM द्वारे पाहिली गेली, जी नॅनोमटेरियल [आकृती 2(c)] द्वारे जमा केलेल्या सैल सच्छिद्र संरचनेची वैशिष्ट्ये दर्शविते. सच्छिद्र रचना सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि सीएनटी एकमेकांशी गुंफलेली असते [आकृती 2(d)], आणि चाचणी विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र (BET) 53.3 m2/g इतके जास्त आहे. म्हणून, फवारणीनंतर, सिलिकॉन नॅनोशीट्स आणि सीएनटी एक सच्छिद्र रचना तयार करण्यासाठी स्वयं-एकत्रित होतात.

सच्छिद्र थरावर द्रव कार्बन लेपने उपचार केले गेले आणि कार्बन कोटिंग प्रिकसर पिच आणि कार्बनीकरण जोडल्यानंतर, SEM निरीक्षण केले गेले. परिणाम आकृती 3 मध्ये दर्शविले आहेत. कार्बन प्री-कोटिंगनंतर, दुय्यम कणांची पृष्ठभाग गुळगुळीत होते, स्पष्ट कोटिंग लेयरसह, आणि कोटिंग पूर्ण होते, आकृती 3(a) आणि (b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. कार्बोनायझेशननंतर, पृष्ठभागावरील आवरण थर चांगली कोटिंग स्थिती राखते [आकृती 3(c)]. याव्यतिरिक्त, क्रॉस-सेक्शनल SEM प्रतिमा पट्टी-आकाराचे नॅनोकण [आकृती 3(d)] दर्शविते, जे नॅनोशीट्सच्या मॉर्फोलॉजिकल वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहेत, पुढे बॉल मिलिंगनंतर सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या निर्मितीची पडताळणी करतात. याव्यतिरिक्त, आकृती 3(d) दर्शविते की काही नॅनोशीट्समध्ये फिलर आहेत. हे प्रामुख्याने लिक्विड फेज कोटिंग पद्धतीच्या वापरामुळे होते. डांबरी द्रावण सामग्रीमध्ये प्रवेश करेल, ज्यामुळे अंतर्गत सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या पृष्ठभागावर कार्बन कोटिंग संरक्षणात्मक स्तर मिळेल. म्हणून, लिक्विड फेज कोटिंग वापरून, दुय्यम कण कोटिंग प्रभाव प्राप्त करण्याव्यतिरिक्त, प्राथमिक कण कोटिंगचा दुहेरी कार्बन कोटिंग प्रभाव देखील प्राप्त केला जाऊ शकतो. कार्बोनाइज्ड पावडरची BET द्वारे चाचणी केली गेली आणि चाचणीचा परिणाम 22.3 m2/g होता.

कार्बनयुक्त पावडर क्रॉस-सेक्शनल एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषण (EDS) च्या अधीन होते आणि परिणाम आकृती 4(a) मध्ये दर्शविले आहेत. मायक्रॉन-आकाराचा कोर हा C घटक आहे, जो ग्रेफाइट मॅट्रिक्सशी संबंधित आहे आणि बाहेरील कोटिंगमध्ये सिलिकॉन आणि ऑक्सिजन आहे. सिलिकॉनच्या संरचनेची अधिक तपासणी करण्यासाठी, एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) चाचणी घेण्यात आली आणि त्याचे परिणाम आकृती 4(b) मध्ये दर्शविले आहेत. सामग्री मुख्यत्वे ग्रेफाइट आणि सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉनने बनलेली आहे, ज्यामध्ये कोणतेही स्पष्ट सिलिकॉन ऑक्साईड वैशिष्ट्ये नाहीत, हे दर्शविते की ऊर्जा स्पेक्ट्रम चाचणीचा ऑक्सिजन घटक प्रामुख्याने सिलिकॉन पृष्ठभागाच्या नैसर्गिक ऑक्सिडेशनमधून येतो. सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित पदार्थाची नोंद S1 म्हणून केली जाते.

तयार केलेले सिलिकॉन-कार्बन साहित्य S1 बटण-प्रकार अर्ध-सेल उत्पादन आणि चार्ज-डिस्चार्ज चाचण्यांच्या अधीन होते. प्रथम 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 पूर्व-विना बहुतेक सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या पहिल्या कार्यक्षमतेपेक्षा जास्त आहे. साहित्यात लिथिएशन नोंदवले गेले. उच्च प्रथम कार्यक्षमता सूचित करते की तयार सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित सामग्रीमध्ये उच्च स्थिरता आहे. सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीच्या स्थिरतेवर सच्छिद्र संरचना, प्रवाहकीय नेटवर्क आणि कार्बन कोटिंगचा प्रभाव पडताळण्यासाठी, सीएनटी न जोडता आणि प्राथमिक कार्बन कोटिंगशिवाय दोन प्रकारचे सिलिकॉन-कार्बन साहित्य तयार केले गेले.

सीएनटी न जोडता सिलिकॉन-कार्बन मिश्रित पदार्थाच्या कार्बनयुक्त पावडरचे आकारविज्ञान आकृती 6 मध्ये दाखवले आहे. लिक्विड फेज कोटिंग आणि कार्बनीकरणानंतर, आकृती 6(अ) मधील दुय्यम कणांच्या पृष्ठभागावर कोटिंगचा थर स्पष्टपणे दिसू शकतो. कार्बनयुक्त पदार्थाचा क्रॉस-सेक्शनल SEM आकृती 6(b) मध्ये दर्शविला आहे. सिलिकॉन नॅनोशीट्सच्या स्टॅकिंगमध्ये सच्छिद्र वैशिष्ट्ये आहेत आणि BET चाचणी 16.6 m2/g आहे. तथापि, CNT [आकृती 3(d) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे), त्याच्या कार्बनयुक्त पावडरची बीईटी चाचणी 22.3 m2/g आहे] च्या तुलनेत, अंतर्गत नॅनो-सिलिकॉन स्टॅकिंग घनता जास्त आहे, हे दर्शविते की CNT ची जोड वाढवू शकते. सच्छिद्र रचना तयार करणे. याव्यतिरिक्त, सामग्रीमध्ये CNT द्वारे तयार केलेले त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क नाही. सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीची नोंद S2 म्हणून केली जाते.

सॉलिड-फेज कार्बन कोटिंगद्वारे तयार केलेल्या सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीची आकृतिबंध वैशिष्ट्ये आकृती 7 मध्ये दर्शविली आहेत. कार्बनीकरणानंतर, आकृती 7(अ) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, पृष्ठभागावर एक स्पष्ट लेप थर असतो. आकृती 7(b) दर्शविते की क्रॉस विभागात पट्टी-आकाराचे नॅनोकण आहेत, जे नॅनोशीट्सच्या आकारशास्त्रीय वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहेत. नॅनोशीट्सचे संचय सच्छिद्र रचना बनवते. अंतर्गत नॅनोशीट्सच्या पृष्ठभागावर कोणतेही स्पष्ट फिलर नाही, हे दर्शविते की घन-फेज कार्बन कोटिंग केवळ छिद्रयुक्त संरचनेसह कार्बन कोटिंग लेयर बनवते आणि सिलिकॉन नॅनोशीट्ससाठी कोणताही अंतर्गत कोटिंग स्तर नाही. या सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीची S3 म्हणून नोंद केली जाते.

बटण-प्रकार अर्ध-सेल चार्ज आणि डिस्चार्ज चाचणी S2 आणि S3 वर आयोजित केली गेली. S2 ची विशिष्ट क्षमता आणि प्रथम 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 प्रथम कार्यक्षमता सर्वात कमी होती, जे दर्शविते की केवळ सच्छिद्र संरचनेचे कार्बन कोटिंग केले गेले आणि अंतर्गत सिलिकॉन नॅनोशीट्सचे कार्बन कोटिंग केले गेले नाही, जे पूर्ण खेळ देऊ शकत नाही. सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या विशिष्ट क्षमतेपर्यंत आणि सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या पृष्ठभागाचे संरक्षण करू शकत नाही. CNT शिवाय S2 नमुन्याची पहिली कार्यक्षमता देखील CNT असलेल्या सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीपेक्षा कमी होती, हे सूचित करते की चांगल्या कोटिंग लेयरच्या आधारावर, प्रवाहकीय नेटवर्क आणि उच्च प्रमाणात सच्छिद्र रचना सुधारण्यास अनुकूल आहे. सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीच्या चार्ज आणि डिस्चार्ज कार्यक्षमतेचे.

S1 सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीचा वापर दर कामगिरी आणि सायकल कार्यप्रदर्शन तपासण्यासाठी एक लहान सॉफ्ट-पॅक पूर्ण बॅटरी बनवण्यासाठी केला गेला. डिस्चार्ज रेट वक्र आकृती 8(a) मध्ये दर्शविला आहे. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C आणि 3C च्या डिस्चार्ज क्षमता अनुक्रमे 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 आणि 1.021 Ah आहेत. 1C डिस्चार्ज रेट 98.3% इतका जास्त आहे, परंतु 2C डिस्चार्ज दर 73.3% पर्यंत घसरतो आणि 3C डिस्चार्ज दर 34.4% पर्यंत खाली येतो. सिलिकॉन नकारात्मक 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 निरीक्षण करताना, 2C चार्जिंग प्लॅटफॉर्म 1C चार्जिंग प्लॅटफॉर्मपेक्षा लक्षणीयरीत्या मोठा आहे आणि त्याची स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग क्षमता सर्वाधिक (55%) आहे, हे दर्शविते की 2C रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरीचे ध्रुवीकरण आहे. आधीच खूप मोठे. सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीचे चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग कार्यप्रदर्शन 1C वर चांगले आहे, परंतु उच्च दर कामगिरी प्राप्त करण्यासाठी सामग्रीची संरचनात्मक वैशिष्ट्ये आणखी सुधारणे आवश्यक आहे. आकृती 9 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 450 चक्रांनंतर, क्षमता टिकवून ठेवण्याचा दर 78% आहे, जो सायकलची चांगली कामगिरी दर्शवितो.

सायकलच्या आधी आणि नंतर इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागाची स्थिती SEM द्वारे तपासली गेली होती, आणि परिणाम आकृती 10 मध्ये दर्शविले आहेत. सायकलच्या आधी, ग्रेफाइट आणि सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीची पृष्ठभाग स्पष्ट आहे [आकृती 10(a)]; चक्रानंतर, पृष्ठभागावर साहजिकच कोटिंगचा थर निर्माण होतो [आकृती 10(b)], जो एक जाड SEI फिल्म आहे. SEI फिल्म खडबडीत सक्रिय लिथियमचा वापर जास्त आहे, जो सायकल कार्यक्षमतेसाठी अनुकूल नाही. त्यामुळे, गुळगुळीत SEI फिल्मच्या निर्मितीला प्रोत्साहन देणे (जसे की कृत्रिम SEI फिल्म बांधकाम, योग्य इलेक्ट्रोलाइट ॲडिटीव्ह जोडणे इ.) सायकल कामगिरी सुधारू शकते. सायकल [आकृती 10(c)] नंतर सिलिकॉन-कार्बन कणांचे क्रॉस-सेक्शनल SEM निरीक्षण दर्शविते की मूळ पट्टी-आकाराचे सिलिकॉन नॅनो कण अधिक खडबडीत झाले आहेत आणि सच्छिद्र रचना मुळात काढून टाकली गेली आहे. हे मुख्यतः चक्रादरम्यान सिलिकॉन-कार्बन सामग्रीचे सतत खंड विस्तार आणि आकुंचन यामुळे होते. म्हणून, सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या व्हॉल्यूम विस्तारासाठी पुरेशी बफर जागा प्रदान करण्यासाठी सच्छिद्र रचना आणखी वाढवणे आवश्यक आहे.

3 निष्कर्ष

व्हॉल्यूम विस्तार, खराब चालकता आणि सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची खराब इंटरफेस स्थिरता यावर आधारित, हा पेपर लक्ष्यित सुधारणा करतो, सिलिकॉन नॅनोशीट्सचे आकारविज्ञान आकार, सच्छिद्र संरचना बांधकाम, प्रवाहकीय नेटवर्क बांधकाम आणि संपूर्ण दुय्यम कणांचे संपूर्ण कार्बन कोटिंग. , संपूर्णपणे सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची स्थिरता सुधारण्यासाठी. सिलिकॉन नॅनोशीट्सचे संचय सच्छिद्र रचना तयार करू शकते. सीएनटीचा परिचय सच्छिद्र संरचनेच्या निर्मितीला आणखी प्रोत्साहन देईल. लिक्विड फेज कोटिंगद्वारे तयार केलेल्या सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीमध्ये सॉलिड फेज कोटिंगद्वारे तयार केलेल्यापेक्षा दुप्पट कार्बन कोटिंग प्रभाव असतो आणि उच्च विशिष्ट क्षमता आणि प्रथम कार्यक्षमता प्रदर्शित करते. याव्यतिरिक्त, सीएनटी असलेल्या सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीची प्रथम कार्यक्षमता सीएनटीशिवाय जास्त आहे, जी मुख्यतः सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या व्हॉल्यूम विस्तारास कमी करण्यासाठी सच्छिद्र संरचनेच्या क्षमतेच्या उच्च डिग्रीमुळे आहे. सीएनटीचा परिचय त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क तयार करेल, सिलिकॉन-आधारित सामग्रीची चालकता सुधारेल आणि 1C वर चांगली कामगिरी दर्शवेल; आणि सामग्री चांगली सायकल कामगिरी दर्शवते. तथापि, सिलिकॉनच्या व्हॉल्यूम विस्तारासाठी पुरेशी बफर जागा प्रदान करण्यासाठी सामग्रीची सच्छिद्र रचना आणखी मजबूत करणे आवश्यक आहे आणि गुळगुळीत तयार होण्यास प्रोत्साहन देणे आवश्यक आहे.आणि दाट SEI फिल्म सिलिकॉन-कार्बन संमिश्र सामग्रीचे सायकल कार्यप्रदर्शन आणखी सुधारण्यासाठी.

आम्ही उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट आणि सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादने देखील पुरवतो, जे ऑक्सिडेशन, डिफ्यूजन आणि ॲनिलिंग सारख्या वेफर प्रक्रियेमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.

पुढील चर्चेसाठी आम्हाला भेट देण्यासाठी जगभरातील कोणत्याही ग्राहकांचे स्वागत आहे!

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