छिद्रपूर्ण सिलिकन कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको तयारी र कार्यसम्पादन सुधार

लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू मुख्यतया उच्च ऊर्जा घनत्वको दिशामा विकास भइरहेका छन्। कोठाको तापक्रममा, सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू लिथियमसँग मिश्रित हुन्छन् जसले लिथियम-समृद्ध उत्पादन Li3.75Si चरण उत्पादन गर्दछ, जसको विशिष्ट क्षमता 3572 mAh/g सम्म हुन्छ, जुन ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड 372 mAh/g को सैद्धान्तिक विशिष्ट क्षमता भन्दा धेरै बढी हुन्छ। यद्यपि, सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको बारम्बार चार्जिङ र डिस्चार्जिङ प्रक्रियाको क्रममा, Si र Li3.75Si को चरण रूपान्तरणले ठूलो मात्रा विस्तार (लगभग 300%) उत्पादन गर्न सक्छ, जसले इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको संरचनात्मक पाउडरिङ र SEI फिल्मको निरन्तर गठन निम्त्याउँछ, र अन्ततः क्षमता द्रुत रूपमा घट्छ। उद्योगले मुख्यतया न्यानो-साइजिङ, कार्बन कोटिंग, पोर गठन र अन्य प्रविधिहरू मार्फत सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको प्रदर्शन र सिलिकन-आधारित ब्याट्रीहरूको स्थिरता सुधार गर्दछ।

कार्बन सामग्रीहरूमा राम्रो चालकता, कम लागत र फराकिलो स्रोतहरू हुन्छन्। तिनीहरूले सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको चालकता र सतह स्थिरता सुधार गर्न सक्छन्। तिनीहरू सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरूको लागि प्रदर्शन सुधार additives को रूपमा प्राथमिकतामा प्रयोग गरिन्छ। सिलिकन-कार्बन सामग्रीहरू सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरूको मुख्यधारा विकास दिशा हुन्। कार्बन कोटिंगले सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको सतह स्थिरता सुधार गर्न सक्छ, तर सिलिकन भोल्युम विस्तारलाई रोक्ने यसको क्षमता सामान्य छ र सिलिकन भोल्युम विस्तारको समस्या समाधान गर्न सक्दैन। त्यसैले, सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको स्थिरता सुधार गर्न, छिद्रपूर्ण संरचनाहरू निर्माण गर्न आवश्यक छ। बल मिलिङ न्यानोमटेरियलहरू तयार गर्ने एक औद्योगिक विधि हो। कम्पोजिट सामग्रीको डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार बल मिलिङद्वारा प्राप्त स्लरीमा विभिन्न additives वा सामग्री घटकहरू थप्न सकिन्छ। स्लरी विभिन्न स्लरीहरू मार्फत समान रूपमा फैलिन्छ र स्प्रे-सुकाइन्छ। तत्काल सुकाउने प्रक्रियाको क्रममा, स्लरीमा न्यानोपार्टिकल्स र अन्य घटकहरूले सहज रूपमा छिद्रपूर्ण संरचनात्मक विशेषताहरू बनाउनेछन्। यो कागजले छिद्रपूर्ण सिलिकन-आधारित सामग्रीहरू तयार गर्न औद्योगिक र वातावरणमैत्री बल मिलिङ र स्प्रे सुकाउने प्रविधि प्रयोग गर्दछ।

सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको कार्यसम्पादनलाई सिलिकन न्यानोमटेरियलहरूको आकारविज्ञान र वितरण विशेषताहरूलाई नियमन गरेर पनि सुधार गर्न सकिन्छ। हाल, विभिन्न आकारविज्ञान र वितरण विशेषताहरू भएका सिलिकन-आधारित सामग्रीहरू तयार पारिएका छन्, जस्तै सिलिकन न्यानोरोडहरू, छिद्रपूर्ण ग्रेफाइट एम्बेडेड न्यानोसिलिकन, कार्बन स्फेयरहरूमा वितरित न्यानोसिलिकन, सिलिकन/ग्राफिन एरे छिद्रपूर्ण संरचनाहरू, आदि। समान स्केलमा, न्यानोपार्टिकल्सको तुलनामा, न्यानोशिटहरूले भोल्युम विस्तारको कारणले हुने क्रसिङ समस्यालाई राम्रोसँग दबाउन सक्छन्, र सामग्रीको कम्प्याक्शन घनत्व उच्च छ। न्यानोशिटहरूको अव्यवस्थित स्ट्याकिङले पनि छिद्रपूर्ण संरचना बनाउन सक्छ। सिलिकन नकारात्मक इलेक्ट्रोड एक्सचेन्ज समूहमा सामेल हुन। सिलिकन सामग्रीहरूको भोल्युम विस्तारको लागि बफर स्पेस प्रदान गर्नुहोस्। कार्बन नानोट्यूबहरू (CNTs) को परिचयले सामग्रीको चालकता मात्र सुधार गर्न सक्दैन, तर यसको एक-आयामी आकारविज्ञान विशेषताहरूको कारणले सामग्रीको छिद्रपूर्ण संरचनाहरूको गठनलाई पनि बढावा दिन्छ। सिलिकन न्यानोशिटहरू र CNTs द्वारा निर्मित छिद्रपूर्ण संरचनाहरूको बारेमा कुनै रिपोर्टहरू छैनन्। यस पेपरले औद्योगिक रूपमा लागू हुने बल मिलिङ, ग्राइन्डिङ र डिस्पेरसन, स्प्रे ड्राइङ, कार्बन प्रि-कोटिंग र क्याल्सिनेशन विधिहरू अपनाउँछ, र सिलिकन न्यानोशीटहरू र CNTs को स्व-एसेम्बलीद्वारा बनाइएका छिद्रपूर्ण सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू तयार गर्न तयारी प्रक्रियामा छिद्रपूर्ण प्रमोटरहरू परिचय गराउँछ। तयारी प्रक्रिया सरल, वातावरणमैत्री छ, र कुनै फोहोर तरल वा फोहोर अवशेष उत्पन्न हुँदैन। सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको कार्बन कोटिंगमा धेरै साहित्य रिपोर्टहरू छन्, तर कोटिंगको प्रभावमा गहन छलफलहरू कम छन्। यस पेपरले दुई कार्बन कोटिंग विधिहरू, तरल चरण कोटिंग र ठोस चरण कोटिंग, कोटिंग प्रभाव र सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको प्रदर्शनमा प्रभावहरूको अनुसन्धान गर्न कार्बन स्रोतको रूपमा डामर प्रयोग गर्दछ।

१ प्रयोग

१.१ सामग्री तयारी

छिद्रपूर्ण सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको तयारीमा मुख्यतया पाँच चरणहरू समावेश हुन्छन्: बल मिलिङ, ग्राइन्डिङ र डिस्पेरसन, स्प्रे ड्राइङ, कार्बन प्रि-कोटिंग र कार्बोनाइजेसन। पहिले, ५०० ग्राम प्रारम्भिक सिलिकन पाउडर (घरेलु, ९९.९९% शुद्धता) तौल्नुहोस्, २००० ग्राम आइसोप्रोपानोल थप्नुहोस्, र न्यानो-स्केल सिलिकन स्लरी प्राप्त गर्न २४ घण्टाको लागि २००० आर/मिनेटको बल मिलिङ गतिमा भिजेको बल मिलिङ गर्नुहोस्। प्राप्त सिलिकन स्लरीलाई डिस्पेरसन ट्रान्सफर ट्याङ्कीमा स्थानान्तरण गरिन्छ, र सामग्रीहरू सिलिकनको द्रव्यमान अनुपात अनुसार थपिन्छन्: ग्रेफाइट (शाङ्घाईमा उत्पादित, ब्याट्री ग्रेड): कार्बन नानोट्यूबहरू (टियांजिनमा उत्पादित, ब्याट्री ग्रेड): पोलिभिनाइल पाइरोलिडोन (टियांजिनमा उत्पादित, विश्लेषणात्मक ग्रेड) = ४०:६०:१.५:२। आइसोप्रोपानोल ठोस सामग्री समायोजन गर्न प्रयोग गरिन्छ, र ठोस सामग्री १५% हुन डिजाइन गरिएको छ। ग्राइन्डिङ र डिस्पेरसन ४ घण्टाको लागि ३५०० आर/मिनेटको डिस्पेरसन गतिमा गरिन्छ। CNT हरू थप नगरी स्लरीहरूको अर्को समूहको तुलना गरिन्छ, र अन्य सामग्रीहरू उस्तै हुन्छन्। त्यसपछि प्राप्त गरिएको छरिएको स्लरीलाई स्प्रे सुकाउने फिडिङ ट्याङ्कीमा स्थानान्तरण गरिन्छ, र स्प्रे सुकाउने काम नाइट्रोजन-सुरक्षित वातावरणमा गरिन्छ, जसमा इनलेट र आउटलेट तापक्रम क्रमशः १८० र ९० डिग्री सेल्सियस हुन्छ। त्यसपछि दुई प्रकारका कार्बन कोटिंगहरू तुलना गरियो, ठोस चरण कोटिंग र तरल चरण कोटिंग। ठोस चरण कोटिंग विधि हो: स्प्रे-सुकाइएको पाउडरलाई २०% डामर पाउडर (कोरियामा बनेको, D50 ५ μm हो) सँग मिसाइन्छ, १० मिनेटको लागि मेकानिकल मिक्सरमा मिसाइन्छ, र पूर्व-लेपित पाउडर प्राप्त गर्न मिश्रण गति २००० r/मिनेट हुन्छ। तरल चरण कोटिंग विधि हो: स्प्रे-सुकाइएको पाउडरलाई जाइलिन घोल (टियांजिनमा बनेको, विश्लेषणात्मक ग्रेड) मा थपिन्छ जसमा २०% डामर ५५% को ठोस सामग्रीमा पाउडरमा घुलनशील हुन्छ, र भ्याकुम समान रूपमा हलचल गरिन्छ। भ्याकुम ओभनमा ८५ डिग्री सेल्सियसमा ४ घण्टा बेक गर्नुहोस्, मिश्रणको लागि मेकानिकल मिक्सरमा राख्नुहोस्, मिश्रण गति २००० आर/मिनेट छ, र पूर्व-लेपित पाउडर प्राप्त गर्न मिश्रण समय १० मिनेट छ। अन्तमा, पूर्व-लेपित पाउडरलाई नाइट्रोजन वायुमण्डल मुनि ५°C/मिनेटको ताप दरमा रोटरी भट्टीमा क्याल्साइन गरिएको थियो। यसलाई पहिले २ घण्टाको लागि ५५०°C को स्थिर तापक्रममा राखिएको थियो, त्यसपछि ८००°C सम्म तताउन जारी राखियो र २ घण्टाको लागि स्थिर तापक्रममा राखिएको थियो, र त्यसपछि प्राकृतिक रूपमा १००°C भन्दा कममा चिसो पारियो र सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री प्राप्त गर्न डिस्चार्ज गरियो।

१.२ वर्णकरण विधिहरू

सामग्रीको कण आकार वितरणलाई कण आकार परीक्षक (मास्टरसाइजर २००० संस्करण, बेलायतमा बनेको) प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो। प्रत्येक चरणमा प्राप्त पाउडरहरूलाई इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (रेगुलस ८२२०, जापानमा बनेको) स्क्यान गरेर परीक्षण गरिएको थियो ताकि पाउडरको आकारविज्ञान र आकार जाँच गर्न सकियोस्। सामग्रीको चरण संरचनालाई एक्स-रे पाउडर विवर्तन विश्लेषक (D8 ADVANCE, जर्मनीमा बनेको) प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो, र सामग्रीको मौलिक संरचनालाई ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषक प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो। प्राप्त सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री मोडेल CR2032 को बटन आधा-सेल बनाउन प्रयोग गरिएको थियो, र सिलिकन-कार्बन: SP: CNT: CMC: SBR को द्रव्यमान अनुपात ९२:२:२:१.५:२.५ थियो। काउन्टर इलेक्ट्रोड एक धातु लिथियम पाना हो, इलेक्ट्रोलाइट एक व्यावसायिक इलेक्ट्रोलाइट हो (कोरियामा बनेको मोडेल १९०१), Celgard २३२० डायाफ्राम प्रयोग गरिन्छ, चार्ज र डिस्चार्ज भोल्टेज दायरा ०.००५-१.५ V छ, चार्ज र डिस्चार्ज करेन्ट ०.१ C (१C = १A), र डिस्चार्ज कट-अफ करेन्ट ०.०५ C छ।

सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको कार्यसम्पादनको थप अनुसन्धान गर्न, लेमिनेटेड सानो सफ्ट-प्याक ब्याट्री ४०८५९५ बनाइएको थियो। सकारात्मक इलेक्ट्रोडले NCM811 (हुनानमा बनेको, ब्याट्री ग्रेड) प्रयोग गर्दछ, र नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट ८% सिलिकन-कार्बन सामग्रीले डोप गरिएको छ। सकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी सूत्र ९६% NCM811, १.२% पोलिभिनिलिडेन फ्लोराइड (PVDF), २% कन्डक्टिभ एजेन्ट SP, ०.८% CNT, र NMP डिस्पर्सेन्टको रूपमा प्रयोग गरिन्छ; नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी सूत्र ९६% कम्पोजिट नेगेटिभ इलेक्ट्रोड सामग्री, १.३% CMC, १.५% SBR १.२% CNT हो, र पानी डिस्पर्सेन्टको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। हलचल, कोटिंग, रोलिङ, काट्ने, ल्यामिनेशन, ट्याब वेल्डिङ, प्याकेजिङ, बेकिंग, तरल इन्जेक्सन, गठन र क्षमता विभाजन पछि, ३ Ah को मूल्याङ्कन गरिएको क्षमता भएका ४०८५९५ ल्यामिनेटेड सानो सफ्ट प्याक ब्याट्रीहरू तयार पारिएका थिए। ०.२C, ०.५C, १C, २C र ३C को दर प्रदर्शन र ०.५C चार्ज र १C डिस्चार्जको चक्र प्रदर्शन परीक्षण गरिएको थियो। चार्ज र डिस्चार्ज भोल्टेज दायरा २.८-४.२ V थियो, स्थिर वर्तमान र स्थिर भोल्टेज चार्जिङ, र कट-अफ वर्तमान ०.५C थियो।

२ नतिजा र छलफल

इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) स्क्यान गरेर प्रारम्भिक सिलिकन पाउडर अवलोकन गरिएको थियो। चित्र १(a) मा देखाइए अनुसार सिलिकन पाउडर अनियमित रूपमा दानेदार थियो जसको कण आकार २μm भन्दा कम थियो। बल मिलिङ पछि, सिलिकन पाउडरको आकार उल्लेखनीय रूपमा लगभग १०० nm [चित्र १(b)] मा घटाइएको थियो। कण आकार परीक्षणले बल मिलिङ पछि सिलिकन पाउडरको D50 ११० nm र D90 १७५ nm रहेको देखाएको छ। बल मिलिङ पछि सिलिकन पाउडरको आकारविज्ञानको सावधानीपूर्वक जाँच गर्दा फ्ल्याकी संरचना देखिन्छ (फ्ल्याकी संरचनाको गठन पछि क्रस-सेक्शनल SEM बाट थप प्रमाणित गरिनेछ)। त्यसकारण, कण आकार परीक्षणबाट प्राप्त D90 डेटा न्यानोशीटको लम्बाइ आयाम हुनुपर्छ। SEM नतिजाहरूसँग मिलाएर, यो निर्णय गर्न सकिन्छ कि प्राप्त न्यानोशीटको आकार कम्तिमा एक आयाममा चार्जिङ र डिस्चार्जिङको समयमा सिलिकन पाउडरको ब्रेकेजको १५० nm को महत्वपूर्ण मान भन्दा सानो छ। फ्ल्याकी आकारविज्ञानको गठन मुख्यतया क्रिस्टलीय सिलिकनको क्रिस्टल प्लेनहरूको फरक पृथकीकरण ऊर्जाको कारणले हुन्छ, जसमध्ये सिलिकनको {111} प्लेनमा {100} र {110} क्रिस्टल प्लेनहरू भन्दा कम पृथकीकरण ऊर्जा हुन्छ। त्यसकारण, यो क्रिस्टल प्लेनलाई बल मिलिङद्वारा सजिलै पातलो गरिन्छ, र अन्ततः फ्ल्याकी संरचना बनाउँछ। फ्ल्याकी संरचना खुकुलो संरचनाहरूको संचयको लागि अनुकूल छ, सिलिकनको आयतन विस्तारको लागि ठाउँ आरक्षित गर्दछ, र सामग्रीको स्थिरता सुधार गर्दछ।

न्यानो-सिलिकन, CNT र ग्रेफाइट भएको स्लरी स्प्रे गरिएको थियो, र स्प्रे गर्नु अघि र पछिको पाउडर SEM द्वारा जाँच गरिएको थियो। परिणामहरू चित्र २ मा देखाइएको छ। स्प्रे गर्नु अघि थपिएको ग्रेफाइट म्याट्रिक्स ५ देखि २० μm आकारको एक विशिष्ट फ्लेक संरचना हो [चित्र २(a)]। ग्रेफाइटको कण आकार वितरण परीक्षणले D50 १५μm देखाउँछ। स्प्रे गरेपछि प्राप्त पाउडरमा गोलाकार आकारविज्ञान [चित्र २(b)] छ, र यो देख्न सकिन्छ कि ग्रेफाइट स्प्रे गरेपछि कोटिंग तहले लेपित हुन्छ। स्प्रे गरेपछि पाउडरको D50 २६.२ μm छ। माध्यमिक कणहरूको आकारविज्ञान विशेषताहरू SEM द्वारा अवलोकन गरिएको थियो, जसले न्यानोमटेरियलहरू [चित्र २(c)] द्वारा संचित खुकुलो छिद्रपूर्ण संरचनाको विशेषताहरू देखाउँछ। छिद्रपूर्ण संरचना सिलिकन न्यानोशीटहरू र CNTहरू एकअर्कासँग गाँसिएको हुन्छ [चित्र २(d)], र परीक्षण विशिष्ट सतह क्षेत्र (BET) ५३.३ m2/g जति उच्च छ। त्यसकारण, स्प्रे गरेपछि, सिलिकन न्यानोशिटहरू र CNT हरू एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाउनको लागि स्व-भेला हुन्छन्।

छिद्रपूर्ण तहलाई तरल कार्बन कोटिंगले उपचार गरिएको थियो, र कार्बन कोटिंग पूर्ववर्ती पिच र कार्बोनाइजेशन थपेपछि, SEM अवलोकन गरिएको थियो। परिणामहरू चित्र ३ मा देखाइएको छ। कार्बन प्रि-कोटिंग पछि, माध्यमिक कणहरूको सतह चिल्लो हुन्छ, स्पष्ट कोटिंग तहको साथ, र कोटिंग पूरा हुन्छ, चित्र ३(क) र (ख) मा देखाइएझैं। कार्बोनाइजेशन पछि, सतह कोटिंग तहले राम्रो कोटिंग अवस्था कायम राख्छ [चित्र ३(ग)]। थप रूपमा, क्रस-सेक्शनल SEM छविले स्ट्रिप-आकारको न्यानोपार्टिकल्स [चित्र ३(घ)] देखाउँछ, जुन न्यानोशिटहरूको रूपात्मक विशेषताहरूसँग मेल खान्छ, जसले बल मिलिङ पछि सिलिकन न्यानोशिटहरूको गठनलाई थप प्रमाणित गर्दछ। थप रूपमा, चित्र ३(घ) ले केही न्यानोशिटहरू बीच फिलरहरू छन् भनेर देखाउँछ। यो मुख्यतया तरल चरण कोटिंग विधिको प्रयोगको कारणले हो। डामर घोल सामग्रीमा प्रवेश गर्नेछ, ताकि आन्तरिक सिलिकन न्यानोशिटहरूको सतहले कार्बन कोटिंग सुरक्षात्मक तह प्राप्त गर्नेछ। त्यसकारण, तरल चरण कोटिंग प्रयोग गरेर, माध्यमिक कण कोटिंग प्रभाव प्राप्त गर्नुको साथै, प्राथमिक कण कोटिंगको डबल कार्बन कोटिंग प्रभाव पनि प्राप्त गर्न सकिन्छ। कार्बनाइज्ड पाउडर BET द्वारा परीक्षण गरिएको थियो, र परीक्षणको नतिजा २२.३ m2/g थियो।

कार्बनाइज्ड पाउडरलाई क्रस-सेक्शनल एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषण (EDS) गरिएको थियो, र नतिजाहरू चित्र ४(a) मा देखाइएको छ। माइक्रोन-आकारको कोर C कम्पोनेन्ट हो, जुन ग्रेफाइट म्याट्रिक्ससँग मिल्दोजुल्दो छ, र बाहिरी कोटिंगमा सिलिकन र अक्सिजन हुन्छ। सिलिकनको संरचनाको थप अनुसन्धान गर्न, एक्स-रे डिफ्र्याक्सन (XRD) परीक्षण गरिएको थियो, र नतिजाहरू चित्र ४(b) मा देखाइएको छ। सामग्री मुख्यतया ग्रेफाइट र एकल-क्रिस्टल सिलिकनबाट बनेको छ, कुनै स्पष्ट सिलिकन अक्साइड विशेषताहरू बिना, जसले ऊर्जा स्पेक्ट्रम परीक्षणको अक्सिजन घटक मुख्यतया सिलिकन सतहको प्राकृतिक अक्सिडेशनबाट आउँछ भनेर संकेत गर्दछ। सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री S1 को रूपमा रेकर्ड गरिएको छ।

तयार पारिएको सिलिकन-कार्बन सामग्री S1 लाई बटन-प्रकारको आधा-कोशिका उत्पादन र चार्ज-डिस्चार्ज परीक्षण गरिएको थियो। पहिलो चार्ज-डिस्चार्ज कर्भ चित्र ५ मा देखाइएको छ। उल्टाउन मिल्ने विशिष्ट क्षमता १०००.८ mAh/g छ, र पहिलो चक्र दक्षता ९३.९% जति उच्च छ, जुन साहित्यमा रिपोर्ट गरिएको पूर्व-लिथिएसन बिना धेरैजसो सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको पहिलो दक्षता भन्दा उच्च छ। उच्च पहिलो दक्षताले तयार पारिएको सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीमा उच्च स्थिरता रहेको संकेत गर्दछ। सिलिकन-कार्बन सामग्रीहरूको स्थिरतामा छिद्रपूर्ण संरचना, प्रवाहकीय नेटवर्क र कार्बन कोटिंगको प्रभाव प्रमाणित गर्न, CNT थपे बिना र प्राथमिक कार्बन कोटिंग बिना दुई प्रकारका सिलिकन-कार्बन सामग्रीहरू तयार पारिएको थियो।

CNT थप नगरी सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको कार्बनाइज्ड पाउडरको आकारविज्ञान चित्र ६ मा देखाइएको छ। तरल चरण कोटिंग र कार्बोनाइजेशन पछि, चित्र ६(a) मा माध्यमिक कणहरूको सतहमा कोटिंग तह स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ। कार्बोनाइज्ड सामग्रीको क्रस-सेक्शनल SEM चित्र ६(b) मा देखाइएको छ। सिलिकन न्यानोशीटहरूको स्ट्याकिङमा छिद्रपूर्ण विशेषताहरू छन्, र BET परीक्षण १६.६ m2/g छ। यद्यपि, CNT को तुलनामा [चित्र ३(d) मा देखाइए अनुसार, यसको कार्बनाइज्ड पाउडरको BET परीक्षण २२.३ m2/g छ], आन्तरिक न्यानो-सिलिकन स्ट्याकिङ घनत्व बढी छ, जसले CNT को थपले छिद्रपूर्ण संरचनाको गठनलाई बढावा दिन सक्छ भन्ने संकेत गर्दछ। थप रूपमा, सामग्रीमा CNT द्वारा निर्मित त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क छैन। सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री S2 को रूपमा रेकर्ड गरिएको छ।

ठोस-चरण कार्बन कोटिंगद्वारा तयार पारिएको सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको रूपात्मक विशेषताहरू चित्र ७ मा देखाइएको छ। कार्बोनाइजेसन पछि, चित्र ७(क) मा देखाइएझैं सतहमा स्पष्ट कोटिंग तह हुन्छ। चित्र ७(ख) ले देखाउँछ कि क्रस सेक्सनमा स्ट्रिप-आकारको न्यानोपार्टिकल्सहरू छन्, जुन न्यानोशीटहरूको रूपात्मक विशेषताहरूसँग मेल खान्छ। न्यानोशीटहरूको संचयले छिद्रपूर्ण संरचना बनाउँछ। आन्तरिक न्यानोशीटहरूको सतहमा कुनै स्पष्ट फिलर छैन, जसले संकेत गर्दछ कि ठोस-चरण कार्बन कोटिंगले छिद्रपूर्ण संरचना भएको कार्बन कोटिंग तह मात्र बनाउँछ, र सिलिकन न्यानोशीटहरूको लागि कुनै आन्तरिक कोटिंग तह छैन। यो सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री S3 को रूपमा रेकर्ड गरिएको छ।

बटन-प्रकारको हाफ-सेल चार्ज र डिस्चार्ज परीक्षण S2 र S3 मा गरिएको थियो। S2 को विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता क्रमशः ११२०.२ mAh/g र ८४.८% थियो, र S3 को विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता क्रमशः ८८२.५ mAh/g र ८२.९% थियो। ठोस-चरण लेपित S3 नमूनाको विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता सबैभन्दा कम थियो, जसले संकेत गर्दछ कि छिद्रपूर्ण संरचनाको कार्बन कोटिंग मात्र प्रदर्शन गरिएको थियो, र आन्तरिक सिलिकन न्यानोशीटहरूको कार्बन कोटिंग प्रदर्शन गरिएको थिएन, जसले सिलिकन-आधारित सामग्रीको विशिष्ट क्षमतालाई पूर्ण खेल दिन सकेन र सिलिकन-आधारित सामग्रीको सतहलाई सुरक्षित गर्न सकेन। CNT बिना S2 नमूनाको पहिलो दक्षता पनि CNT भएको सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको भन्दा कम थियो, जसले संकेत गर्दछ कि राम्रो कोटिंग तहको आधारमा, प्रवाहकीय नेटवर्क र उच्च डिग्री छिद्रपूर्ण संरचना सिलिकन-कार्बन सामग्रीको चार्ज र डिस्चार्ज दक्षताको सुधारको लागि अनुकूल छ।

दर प्रदर्शन र चक्र प्रदर्शन जाँच गर्न S1 सिलिकन-कार्बन सामग्री सानो सफ्ट-प्याक पूर्ण ब्याट्री बनाउन प्रयोग गरिएको थियो। डिस्चार्ज दर वक्र चित्र 8(a) मा देखाइएको छ। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C र 3C को डिस्चार्ज क्षमताहरू क्रमशः 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 र 1.021 Ah छन्। 1C डिस्चार्ज दर 98.3% जति उच्च छ, तर 2C डिस्चार्ज दर 73.3% मा झर्छ, र 3C डिस्चार्ज दर 34.4% मा झर्छ। सिलिकन नकारात्मक इलेक्ट्रोड विनिमय समूहमा सामेल हुन, कृपया WeChat: shimobang थप्नुहोस्। चार्जिङ दरको हिसाबले, ०.२C, ०.५C, १C, २C र ३C चार्जिङ क्षमताहरू क्रमशः ३.१८६, ३.१८२, ३.०८१, २.६८६ र २.२८९ Ah छन्। १C चार्जिङ दर ९६.७% छ, र २C चार्जिङ दर अझै पनि ८४.३% पुग्छ। यद्यपि, चित्र ८(ख) मा चार्जिङ कर्भ हेर्दा, २C चार्जिङ प्लेटफर्म १C चार्जिङ प्लेटफर्म भन्दा उल्लेखनीय रूपमा ठूलो छ, र यसको स्थिर भोल्टेज चार्जिङ क्षमता धेरैजसो (५५%) को लागि जिम्मेवार छ, जसले २C रिचार्जेबल ब्याट्रीको ध्रुवीकरण पहिले नै धेरै ठूलो छ भनेर संकेत गर्दछ। सिलिकन-कार्बन सामग्रीमा १C मा राम्रो चार्जिङ र डिस्चार्जिङ प्रदर्शन छ, तर उच्च दर प्रदर्शन प्राप्त गर्न सामग्रीको संरचनात्मक विशेषताहरूलाई अझ सुधार गर्न आवश्यक छ। चित्र ९ मा देखाइए अनुसार, ४५० चक्र पछि, क्षमता अवधारण दर ७८% छ, जसले राम्रो चक्र प्रदर्शन देखाउँछ।

SEM द्वारा चक्र अघि र पछि इलेक्ट्रोडको सतह अवस्थाको अनुसन्धान गरिएको थियो, र परिणामहरू चित्र १० मा देखाइएको छ। चक्र अघि, ग्रेफाइट र सिलिकन-कार्बन सामग्रीको सतह स्पष्ट छ [चित्र १०(क)]; चक्र पछि, सतहमा स्पष्ट रूपमा कोटिंग तह उत्पन्न हुन्छ [चित्र १०(ख)], जुन बाक्लो SEI फिल्म हो। SEI फिल्म खस्रोपन सक्रिय लिथियम खपत उच्च छ, जुन चक्र प्रदर्शनको लागि अनुकूल छैन। त्यसकारण, चिल्लो SEI फिल्मको गठनलाई बढावा दिन (जस्तै कृत्रिम SEI फिल्म निर्माण, उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट additives थप्ने, आदि) ले चक्र प्रदर्शन सुधार गर्न सक्छ। चक्र पछि सिलिकन-कार्बन कणहरूको क्रस-सेक्शनल SEM अवलोकनले देखाउँछ कि मूल स्ट्रिप-आकारको सिलिकन न्यानोपार्टिकल्स मोटो भएको छ र छिद्रपूर्ण संरचना मूल रूपमा हटाइएको छ। यो मुख्यतया चक्रको समयमा सिलिकन-कार्बन सामग्रीको निरन्तर भोल्युम विस्तार र संकुचनका कारण हो। त्यसकारण, सिलिकन-आधारित सामग्रीको भोल्युम विस्तारको लागि पर्याप्त बफर स्पेस प्रदान गर्न छिद्रपूर्ण संरचनालाई थप बढाउन आवश्यक छ।

३ निष्कर्ष

सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको भोल्युम विस्तार, कमजोर चालकता र कमजोर इन्टरफेस स्थिरताको आधारमा, यो पेपरले सिलिकन न्यानोशीटहरूको आकारविज्ञान आकार, छिद्रपूर्ण संरचना निर्माण, प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण र सम्पूर्ण माध्यमिक कणहरूको पूर्ण कार्बन कोटिंगबाट लक्षित सुधारहरू गर्दछ, जसले गर्दा सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको स्थिरतामा सुधार हुन्छ। सिलिकन न्यानोशीटहरूको संचयले छिद्रपूर्ण संरचना बनाउन सक्छ। CNT को परिचयले छिद्रपूर्ण संरचनाको गठनलाई अझ बढावा दिनेछ। तरल चरण कोटिंगद्वारा तयार गरिएको सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीमा ठोस चरण कोटिंगद्वारा तयार गरिएको भन्दा दोहोरो कार्बन कोटिंग प्रभाव हुन्छ, र उच्च विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता प्रदर्शन गर्दछ। थप रूपमा, CNT युक्त सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको पहिलो दक्षता CNT बिनाको भन्दा बढी छ, जुन मुख्यतया सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको भोल्युम विस्तारलाई कम गर्न छिद्रपूर्ण संरचनाको उच्च डिग्रीको क्षमताको कारण हो। CNT को परिचयले त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण गर्नेछ, सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको चालकता सुधार गर्नेछ, र 1C मा राम्रो दर प्रदर्शन देखाउँदछ; र सामग्रीले राम्रो चक्र प्रदर्शन देखाउँछ। यद्यपि, सिलिकनको आयतन विस्तारको लागि पर्याप्त बफर स्पेस प्रदान गर्न र चिल्लो पदार्थको गठनलाई बढावा दिन सामग्रीको छिद्रपूर्ण संरचनालाई अझ बलियो बनाउन आवश्यक छ।र सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको चक्र कार्यसम्पादनलाई अझ सुधार गर्न बाक्लो SEI फिल्म।

हामी उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट र सिलिकन कार्बाइड उत्पादनहरू पनि आपूर्ति गर्छौं, जुन अक्सिडेशन, प्रसार, र एनिलिङ जस्ता वेफर प्रशोधनमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

थप छलफलको लागि हामीलाई भेट्न विश्वभरका कुनै पनि ग्राहकहरूलाई स्वागत छ!

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