पोरस सिलिकन कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको तयारी र प्रदर्शन सुधार

लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू मुख्यतया उच्च ऊर्जा घनत्वको दिशामा विकास हुँदैछन्। कोठाको तापक्रममा, 3572 mAh/g सम्मको विशिष्ट क्षमताको साथ लिथियम युक्त उत्पादन Li3.75Si चरण उत्पादन गर्न लिथियमसँग सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री मिश्र धातु, जुन ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड 372 को सैद्धान्तिक विशिष्ट क्षमता भन्दा धेरै उच्च छ। mAh/g यद्यपि, सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको बारम्बार चार्ज र डिस्चार्ज प्रक्रियाको क्रममा, Si र Li3.75Si को चरण रूपान्तरणले ठूलो मात्रा विस्तार (लगभग 300%) उत्पादन गर्न सक्छ, जसले इलेक्ट्रोड सामग्रीको संरचनात्मक पाउडरिंग र निरन्तर गठनको नेतृत्व गर्नेछ। SEI फिल्म, र अन्तमा क्षमता द्रुत रूपमा घट्ने कारण। उद्योगले मुख्यतया सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको प्रदर्शन र न्यानो-साइजिंग, कार्बन कोटिंग, छिद्र गठन र अन्य प्रविधिहरू मार्फत सिलिकन-आधारित ब्याट्रीहरूको स्थिरता सुधार गर्दछ।

कार्बन सामग्रीमा राम्रो चालकता, कम लागत, र फराकिलो स्रोतहरू छन्। तिनीहरूले सिलिकन-आधारित सामग्रीको चालकता र सतह स्थिरता सुधार गर्न सक्छन्। तिनीहरू प्राथमिकतामा सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरूको लागि प्रदर्शन सुधार additives रूपमा प्रयोग गरिन्छ। सिलिकन-कार्बन सामग्रीहरू सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोडको मुख्यधारा विकास दिशा हुन्। कार्बन कोटिंगले सिलिकन-आधारित सामग्रीको सतह स्थिरता सुधार गर्न सक्छ, तर सिलिकन भोल्युम विस्तारलाई रोक्न यसको क्षमता सामान्य छ र सिलिकन भोल्युम विस्तारको समस्या समाधान गर्न सक्दैन। त्यसैले, सिलिकन-आधारित सामग्रीको स्थिरता सुधार गर्न, छिद्रपूर्ण संरचनाहरू निर्माण गर्न आवश्यक छ। बल मिलिङ न्यानोमटेरियलहरू तयार गर्नको लागि एक औद्योगिक विधि हो। कम्पोजिट सामग्रीको डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार बल मिलिङद्वारा प्राप्त स्लरीमा विभिन्न additives वा सामग्री कम्पोनेन्टहरू थप्न सकिन्छ। स्लरी विभिन्न स्लरीहरू र स्प्रे-सुकाइ मार्फत समान रूपमा फैलिन्छ। तात्कालिक सुकाउने प्रक्रियाको क्रममा, स्लरीमा रहेका न्यानोकणहरू र अन्य अवयवहरूले सहज रूपमा छिद्रपूर्ण संरचनात्मक विशेषताहरू बनाउँछन्। यो कागजले औद्योगिक र वातावरण मैत्री बल मिलिङ र स्प्रे सुकाउने प्रविधि प्रयोग गर्दछ छिद्रपूर्ण सिलिकन-आधारित सामग्रीहरू तयार गर्न।

सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको प्रदर्शन पनि सिलिकन न्यानोमेटेरियलहरूको आकारविज्ञान र वितरण विशेषताहरू विनियमित गरेर सुधार गर्न सकिन्छ। हाल, सिलिकन न्यानोरोड्स, पोरस ग्रेफाइट इम्बेडेड नानोसिलिकन, कार्बन स्फेयरमा वितरण गरिएको नानोसिलिकन, सिलिकन/ग्राफीन एरे पोरस संरचनाहरू, आदि जस्ता विभिन्न आकार र वितरण विशेषताहरू भएका सिलिकन-आधारित सामग्रीहरू तयार गरिएका छन्। एउटै मात्रामा, न्यानोपार्टिकल्सको तुलनामा। , नानोसिटहरूले भोल्युमको कारणले गर्दा क्रसिङ समस्यालाई राम्रोसँग दबाउन सक्छ विस्तार, र सामाग्री एक उच्च कम्पेक्शन घनत्व छ। नानोसिटको अव्यवस्थित स्ट्याकिंगले पनि छिद्रपूर्ण संरचना बनाउन सक्छ। सिलिकन नकारात्मक इलेक्ट्रोड विनिमय समूहमा सामेल हुन। सिलिकन सामग्रीको भोल्युम विस्तारको लागि बफर स्पेस प्रदान गर्नुहोस्। कार्बन नानोट्यूब (CNTs) को परिचयले सामग्रीको चालकता मात्र सुधार गर्न सक्दैन, तर यसको एक-आयामी रूपात्मक विशेषताहरूको कारण सामग्रीको छिद्रपूर्ण संरचनाहरूको गठनलाई पनि बढावा दिन्छ। सिलिकन नानोसिट र CNTs द्वारा निर्मित छिद्रपूर्ण संरचनाहरूमा कुनै रिपोर्ट छैन। यस पेपरले औद्योगिक रूपमा लागू हुने बल मिलिङ, ग्राइन्डिङ र डिस्प्रेसन, स्प्रे सुकाउने, कार्बन प्रि-कोटिंग र क्याल्सिनेसन विधिहरू अपनाउछ र सिलिकन नानोसिटहरूको स्व-विधानसभाद्वारा बनाइएका छिद्रपूर्ण सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू तयार गर्न तयारी प्रक्रियामा छिद्र प्रमोटरहरू परिचय गराउँछ। CNTs। तयारी प्रक्रिया सरल, वातावरण मैत्री छ, र कुनै फोहोर तरल वा फोहोर अवशेष उत्पन्न हुँदैन। सिलिकन-आधारित सामग्रीको कार्बन कोटिंगमा धेरै साहित्य रिपोर्टहरू छन्, तर कोटिंगको प्रभावमा केही गहिरो छलफलहरू छन्। यस कागजले कार्बन स्रोतको रूपमा डामर प्रयोग गर्दछ दुई कार्बन कोटिंग विधिहरू, तरल चरण कोटिंग र ठोस चरण कोटिंग, कोटिंग प्रभाव र सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको प्रदर्शनमा प्रभावहरूको अनुसन्धान गर्न।

1 प्रयोग

1.1 सामग्री तयारी

छिद्रपूर्ण सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको तयारीमा मुख्यतया पाँच चरणहरू समावेश छन्: बल मिलिङ, ग्राइन्डिङ र डिस्पर्सन, स्प्रे ड्राइङ, कार्बन प्रि-कोटिंग र कार्बनाइजेशन। पहिलो, 500 ग्राम प्रारम्भिक सिलिकन पाउडर (घरेलु, 99.99% शुद्धता) तौल गर्नुहोस्, 2000 ग्राम isopropanol थप्नुहोस्, र नानो-स्केल सिलिकन स्लरी प्राप्त गर्न 2000 r/min को बल मिलिङ गतिमा 24 घण्टाको लागि भिजेको बल मिलिङ गर्नुहोस्। प्राप्त सिलिकन स्लरीलाई फैलावट स्थानान्तरण ट्यांकमा स्थानान्तरण गरिन्छ, र सामग्रीहरू सिलिकनको जन अनुपात अनुसार थपिन्छन्: ग्रेफाइट (साङ्घाईमा उत्पादित, ब्याट्री ग्रेड): कार्बन नानोट्यूब (टियांजिनमा उत्पादित, ब्याट्री ग्रेड): पोलिभिनिल पाइरोलिडोन (उत्पादित। टियांजिनमा, विश्लेषणात्मक ग्रेड) = ४०:६०:१.५:२। Isopropanol ठोस सामग्री समायोजन गर्न प्रयोग गरिन्छ, र ठोस सामग्री 15% हुन डिजाइन गरिएको छ। पीस र फैलावट 4 घन्टाको लागि 3500 r/min को फैलावट गतिमा प्रदर्शन गरिन्छ। CNT हरू थप नगरी स्लरीहरूको अर्को समूह तुलना गरिएको छ, र अन्य सामग्रीहरू समान छन्। प्राप्त गरिएको छरिएको स्लरीलाई त्यसपछि स्प्रे सुकाउने फिडिङ ट्याङ्कीमा स्थानान्तरण गरिन्छ, र स्प्रे सुकाउने काम नाइट्रोजन-सुरक्षित वातावरणमा गरिन्छ, इनलेट र आउटलेटको तापमान क्रमशः १८० र ९० डिग्री सेल्सियस हुन्छ। त्यसपछि दुई प्रकारका कार्बन कोटिंग तुलना गरियो, ठोस चरण कोटिंग र तरल चरण कोटिंग। ठोस चरण कोटिंग विधि हो: स्प्रे-सुक्खा पाउडर 20% डामर पाउडर (कोरियामा बनाइएको, D50 5 μm हो) संग मिसाइन्छ, 10 मिनेटको लागि मेकानिकल मिक्सरमा मिसाइन्छ, र मिश्रण गति प्राप्त गर्न 2000 r/min हुन्छ। पूर्व लेपित पाउडर। तरल चरण कोटिंग विधि हो: स्प्रे-सुक्खा पाउडरलाई xylene समाधानमा थपिन्छ (टियांजिन, विश्लेषणात्मक ग्रेडमा बनाइएको) 20% डामर 55% को ठोस सामग्रीमा पाउडरमा घुलनशील हुन्छ, र भ्याकुम समान रूपमा हलचल हुन्छ। भ्याकुम ओभनमा ८५ ℃ मा ४ घण्टाको लागि बेक गर्नुहोस्, मिश्रणको लागि मेकानिकल मिक्सरमा राख्नुहोस्, मिश्रणको गति 2000 r/min हो, र प्रि-कोटेड पाउडर प्राप्त गर्न मिश्रणको समय 10 मिनेट हो। अन्तमा, प्रि-लेपित पाउडरलाई नाइट्रोजन वायुमण्डल अन्तर्गत रोटरी भट्ठामा ५ डिग्री सेल्सियस/मिनेटको ताप दरमा क्याल्साइन गरिएको थियो। यसलाई पहिले 2 घन्टाको लागि 550 डिग्री सेल्सियसको स्थिर तापक्रममा राखिएको थियो, त्यसपछि 800 डिग्री सेल्सियससम्म तातो गरिरह्यो र 2 घन्टाको लागि स्थिर तापक्रममा राखिएको थियो, र त्यसपछि स्वाभाविक रूपमा 100 डिग्री सेल्सियसभन्दा कममा चिसो पारियो र सिलिकन-कार्बन प्राप्त गर्न डिस्चार्ज गरियो। मिश्रित सामग्री।

1.2 विशेषता विधिहरू

सामग्रीको कण आकार वितरण एक कण आकार परीक्षक (Mastersizer 2000 संस्करण, यूके मा बनेको) प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो। प्रत्येक चरणमा प्राप्त पाउडरहरूलाई इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी स्क्यान गरेर परीक्षण गरियो (जापानमा बनेको रेगुलस8220) पाउडरको आकार र आकार जाँच गर्न। सामग्रीको चरण संरचना एक्स-रे पाउडर विवर्तन विश्लेषक (D8 ADVANCE, जर्मनीमा बनाइएको) प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो, र सामग्रीको मौलिक संरचना ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषक प्रयोग गरेर विश्लेषण गरिएको थियो। प्राप्त सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री मोडेल CR2032 को एक बटन आधा-सेल बनाउन प्रयोग गरिएको थियो, र सिलिकन-कार्बन को मास अनुपात: SP: CNT: CMC: SBR थियो 92:2:2:1.5:2.5। काउन्टर इलेक्ट्रोड एक धातु लिथियम पाना हो, इलेक्ट्रोलाइट एक व्यावसायिक इलेक्ट्रोलाइट हो (मोडेल 1901, कोरियामा बनेको), Celgard 2320 डायाफ्राम प्रयोग गरिन्छ, चार्ज र डिस्चार्ज भोल्टेज दायरा 0.005-1.5 V हो, चार्ज र डिस्चार्ज वर्तमान 0.1 C हो। (1C = 1A), र डिस्चार्ज कट-अफ वर्तमान 0.05 C हो।

सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको प्रदर्शनको थप अनुसन्धान गर्न, लेमिनेटेड सानो सफ्ट-प्याक ब्याट्री 408595 बनाइएको थियो। सकारात्मक इलेक्ट्रोडले NCM811 (हुनान, ब्याट्री ग्रेडमा बनाइएको) प्रयोग गर्दछ, र नकारात्मक इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट 8% सिलिकन-कार्बन सामग्रीको साथ डोप गरिएको छ। सकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी सूत्र 96% NCM811, 1.2% polyvinylidene फ्लोराइड (PVDF), 2% प्रवाहकीय एजेन्ट SP, 0.8% CNT, र NMP एक dispersant रूपमा प्रयोग गरिन्छ; नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी सूत्र 96% कम्पोजिट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, र पानी एक dispersant रूपमा प्रयोग गरिन्छ। हलचल, कोटिंग, रोलिङ, काटन, ल्यामिनेशन, ट्याब वेल्डिङ, प्याकेजिङ, बेकिंग, लिक्विड इन्जेक्सन, गठन र क्षमता विभाजन पछि, 3 Ah को मूल्याङ्कन क्षमताको 408595 लेमिनेटेड सानो सफ्ट प्याक ब्याट्रीहरू तयार गरियो। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C र 3C को दर प्रदर्शन र 0.5C चार्ज र 1C डिस्चार्जको चक्र कार्यसम्पादन परीक्षण गरियो। चार्ज र डिस्चार्ज भोल्टेज दायरा 2.8-4.2 V थियो, स्थिर वर्तमान र स्थिर भोल्टेज चार्ज, र कट-अफ वर्तमान 0.5C थियो।

2 परिणाम र छलफल

प्रारम्भिक सिलिकन पाउडर स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) द्वारा अवलोकन गरिएको थियो। सिलिकन पाउडर 2μm भन्दा कम कण आकार संग अनियमित दानेदार थियो, चित्र 1(a) मा देखाइएको छ। बल मिलिङ पछि, सिलिकन पाउडरको आकार लगभग 100 एनएम [चित्र 1(b)] मा कम भयो। कण आकार परीक्षणले बल मिलिङ पछि सिलिकन पाउडरको D50 110 nm र D90 175 nm थियो भनेर देखायो। बल मिलिङ पछि सिलिकन पाउडर को मोर्फोलोजी को एक सावधान परीक्षा एक फ्ल्याकी संरचना देखाउँछ (फ्लाकी संरचना को गठन पछि क्रस-सेक्शनल SEM बाट प्रमाणित गरिनेछ)। त्यसकारण, कण आकार परीक्षणबाट प्राप्त D90 डाटा नैनोसिटको लम्बाइ आयाम हुनुपर्छ। SEM नतिजाहरूसँग संयुक्त, यो न्याय गर्न सकिन्छ कि प्राप्त नानोसिटको आकार कम्तिमा एक आयाममा चार्ज र डिस्चार्ज गर्दा सिलिकन पाउडरको ब्रेकेजको 150 एनएमको महत्वपूर्ण मान भन्दा सानो छ। फ्ल्याकी मोर्फोलोजीको गठन मुख्यतया क्रिस्टलीय सिलिकनका क्रिस्टल प्लेनहरूको विभिन्न पृथक ऊर्जाहरूको कारणले हुन्छ, जसमध्ये सिलिकनको {111} समतलमा {100} र {110} क्रिस्टल प्लेनहरू भन्दा कम पृथक्करण ऊर्जा हुन्छ। यसैले, यो क्रिस्टल प्लेन बल मिलिङ द्वारा अधिक सजिलै पातलो छ, र अन्तमा एक फ्ल्याकी संरचना बनाउँछ। फ्ल्याकी संरचना ढीलो संरचनाहरूको संचयको लागि अनुकूल छ, सिलिकनको भोल्युम विस्तारको लागि ठाउँ आरक्षित गर्दछ, र सामग्रीको स्थिरता सुधार गर्दछ।

नानो-सिलिकन, सीएनटी र ग्रेफाइट भएको स्लरी छर्किएको थियो, र स्प्रे गर्नु अघि र पछि पाउडर SEM द्वारा जाँच गरिएको थियो। परिणामहरू चित्र २ मा देखाइएको छ। स्प्रे गर्नु अघि थपिएको ग्रेफाइट म्याट्रिक्स 5 देखि 20 μm [चित्र 2(a)] को आकारको सामान्य फ्लेक संरचना हो। ग्रेफाइटको कण आकार वितरण परीक्षणले D50 15μm हो भनेर देखाउँछ। स्प्रे गरेपछि प्राप्त पाउडरको गोलाकार आकार [चित्र 2(b)] हुन्छ, र यो देख्न सकिन्छ कि ग्रेफाइट स्प्रे गरेपछि कोटिंग लेयर द्वारा लेपित छ। स्प्रे गरेपछि पाउडरको D50 26.2 μm हुन्छ। माध्यमिक कणहरूको रूपात्मक विशेषताहरू SEM द्वारा अवलोकन गरिएको थियो, न्यानोमटेरियलहरू [चित्र 2(c)] द्वारा संचित ढीला छिद्रपूर्ण संरचनाको विशेषताहरू देखाउँदै। छिद्रपूर्ण संरचना सिलिकन नानोसिटहरू र CNTs एक अर्कासँग जोडिएको हुन्छ [चित्र 2(d)], र परीक्षण विशिष्ट सतह क्षेत्र (BET) 53.3 m2/g जति उच्च छ। त्यसकारण, स्प्रे गरेपछि, सिलिकन नानोसिटहरू र सीएनटीहरू एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाउनको लागि आफैं जम्मा हुन्छन्।

छिद्रपूर्ण तहलाई तरल कार्बन कोटिंगको साथ उपचार गरिएको थियो, र कार्बन कोटिंग अग्रसर पिच र कार्बनाइजेशन थपेपछि, SEM अवलोकन गरिएको थियो। नतिजाहरू चित्र 3 मा देखाइएको छ। कार्बन प्रि-कोटिंग पछि, माध्यमिक कणहरूको सतह स्पष्ट कोटिंग तहको साथ चिकनी हुन्छ, र कोटिंग पूर्ण हुन्छ, चित्र 3(a) र (b) मा देखाइएको छ। कार्बोनाइजेशन पछि, सतह कोटिंग लेयरले राम्रो कोटिंग अवस्था कायम राख्छ [चित्र 3(c)]। थप रूपमा, क्रस-सेक्शनल SEM छविले स्ट्रिप-आकारको न्यानोकणहरू [चित्र 3(d)] देखाउँदछ, जुन नानोसिटहरूको मोर्फोलॉजिकल विशेषताहरूसँग मेल खान्छ, बल मिलिंग पछि सिलिकन नानोसिटहरूको गठनलाई प्रमाणित गर्दछ। थप रूपमा, चित्र 3(d) ले देखाउँछ कि केहि नानोसिटहरू बीच फिलरहरू छन्। यो मुख्यतया तरल चरण कोटिंग विधि को उपयोग को कारण हो। डामरको समाधान सामग्रीमा प्रवेश गर्नेछ, ताकि आन्तरिक सिलिकन नानोसिटको सतहले कार्बन कोटिंग सुरक्षात्मक तह प्राप्त गर्दछ। तसर्थ, तरल चरण कोटिंग प्रयोग गरेर, माध्यमिक कण कोटिंग प्रभाव प्राप्त गर्न को लागी, प्राथमिक कण कोटिंग को डबल कार्बन कोटिंग प्रभाव पनि प्राप्त गर्न सकिन्छ। कार्बनाइज्ड पाउडर BET द्वारा परीक्षण गरिएको थियो, र परीक्षण परिणाम 22.3 m2/g थियो।

कार्बनाइज्ड पाउडर क्रस-सेक्शनल ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषण (EDS) को अधीनमा थियो, र परिणामहरू चित्रा 4 (ए) मा देखाइएको छ। माइक्रोन आकारको कोर C कम्पोनेन्ट हो, ग्रेफाइट म्याट्रिक्ससँग मेल खान्छ, र बाहिरी कोटिंगमा सिलिकन र अक्सिजन हुन्छ। सिलिकनको संरचनाको थप अनुसन्धान गर्न, एक्स-रे विवर्तन (XRD) परीक्षण गरिएको थियो, र परिणामहरू चित्र 4(b) मा देखाइएको छ। सामग्री मुख्यतया ग्रेफाइट र एकल-क्रिस्टल सिलिकनबाट बनेको छ, कुनै स्पष्ट सिलिकन अक्साइड विशेषताहरू बिना, ऊर्जा स्पेक्ट्रम परीक्षणको अक्सिजन कम्पोनेन्ट मुख्य रूपमा सिलिकन सतहको प्राकृतिक अक्सीकरणबाट आउँछ भनेर संकेत गर्दछ। सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री S1 को रूपमा रेकर्ड गरिएको छ।

तयार सिलिकन-कार्बन सामग्री S1 बटन-प्रकार आधा-सेल उत्पादन र चार्ज-डिस्चार्ज परीक्षणहरूको अधीनमा थियो। पहिलो चार्ज-डिस्चार्ज कर्भ चित्र 5 मा देखाइएको छ। उल्टाउन मिल्ने विशिष्ट क्षमता 1000.8 mAh/g छ, र पहिलो चक्र दक्षता 93.9% को रूपमा उच्च छ, जुन पूर्व-विना अधिकांश सिलिकन-आधारित सामग्रीहरूको पहिलो दक्षता भन्दा उच्च छ। साहित्यमा रिपोर्ट गरिएको lithiation। उच्च पहिलो दक्षताले तयार सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री उच्च स्थिरता छ भनेर संकेत गर्छ। सिलिकन-कार्बन सामग्रीहरूको स्थिरतामा छिद्रपूर्ण संरचना, प्रवाहकीय नेटवर्क र कार्बन कोटिंगको प्रभावहरू प्रमाणित गर्न, दुई प्रकारका सिलिकन-कार्बन सामग्रीहरू सीएनटी थप नगरी र प्राथमिक कार्बन कोटिंग बिना तयार गरियो।

सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको कार्बनाइज्ड पाउडरको आकार CNT नथरी चित्र 6 मा देखाइएको छ। तरल चरण कोटिंग र कार्बनाइजेशन पछि, चित्र 6(a) मा माध्यमिक कणहरूको सतहमा कोटिंग तह स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ। कार्बनाइज्ड सामग्रीको क्रस-सेक्शनल SEM चित्र 6(b) मा देखाइएको छ। सिलिकन नानोसिटको स्ट्याकिङमा छिद्रपूर्ण विशेषताहरू छन्, र BET परीक्षण 16.6 m2/g छ। यद्यपि, CNT सँग तुलना गर्दा [चित्र 3(d) मा देखाइएको छ, यसको कार्बनाइज्ड पाउडरको BET परीक्षण 22.3 m2/g] छ, आन्तरिक न्यानो-सिलिकन स्ट्याकिंग घनत्व उच्च छ, यसले संकेत गर्दछ कि CNT को थपले प्रवर्द्धन गर्न सक्छ। एक छिद्रपूर्ण संरचना को गठन। थप रूपमा, सामग्रीमा CNT द्वारा निर्मित त्रि-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क छैन। सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री S2 को रूपमा रेकर्ड गरिएको छ।

ठोस-फेज कार्बन कोटिंगद्वारा तयार गरिएको सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको मोर्फोलॉजिकल विशेषताहरू चित्र 7 मा देखाइएको छ। कार्बोनाइजेशन पछि, चित्र 7(a) मा देखाइए अनुसार सतहमा एक स्पष्ट कोटिंग तह हुन्छ। चित्र 7(b) ले देखाउँछ कि त्यहाँ क्रस सेक्शनमा स्ट्रिप-आकारका न्यानोकणहरू छन्, जुन नानोसिटहरूको रूपात्मक विशेषताहरूसँग मेल खान्छ। Nanosheets को संचय एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाउँछ। आन्तरिक नानोसिटको सतहमा कुनै स्पष्ट फिलर छैन, यसले संकेत गर्दछ कि ठोस-चरण कार्बन कोटिंगले केवल छिद्रपूर्ण संरचनाको साथ कार्बन कोटिंग तह बनाउँछ, र सिलिकन नानोसिटहरूको लागि कुनै आन्तरिक कोटिंग तह छैन। यो सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्री S3 को रूपमा रेकर्ड गरिएको छ।

बटन-प्रकार आधा-सेल चार्ज र डिस्चार्ज परीक्षण S2 र S3 मा आयोजित गरिएको थियो। S2 को विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता क्रमशः 1120.2 mAh/g र 84.8% थियो, र S3 को विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता क्रमशः 882.5 mAh/g र 82.9% थियो। ठोस-चरण लेपित S3 नमूनाको विशिष्ट क्षमता र पहिलो दक्षता सबैभन्दा कम थियो, यसले संकेत गर्दछ कि केवल छिद्रपूर्ण संरचनाको कार्बन कोटिंग प्रदर्शन गरिएको थियो, र आन्तरिक सिलिकन नानोसिटहरूको कार्बन कोटिंग प्रदर्शन गरिएको थिएन, जसले पूर्ण खेल दिन सकेन। सिलिकन-आधारित सामग्रीको विशिष्ट क्षमतामा र सिलिकन-आधारित सामग्रीको सतहको सुरक्षा गर्न सकेन। CNT बिना S2 नमूनाको पहिलो दक्षता पनि CNT युक्त सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको भन्दा कम थियो, राम्रो कोटिंग तहको आधारमा, प्रवाहकीय नेटवर्क र उच्च स्तरको छिद्र संरचना सुधारको लागि अनुकूल छ भनेर संकेत गर्दछ। सिलिकन-कार्बन सामग्रीको चार्ज र डिस्चार्ज दक्षता।

S1 सिलिकन-कार्बन सामग्री दर प्रदर्शन र चक्र कार्यसम्पादन जाँच गर्न 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 थप 34.4% मा झर्छ। सिलिकन नकारात्मक इलेक्ट्रोड विनिमय समूहमा सामेल हुन, कृपया WeChat: shimobang थप्नुहोस्। चार्जिङ दरको सन्दर्भमा, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C र 3C चार्ज गर्ने क्षमताहरू क्रमशः 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 र 2.289 Ah छन्। 1C चार्ज दर 96.7% हो, र 2C चार्ज दर अझै 84.3% पुग्छ। यद्यपि, चित्र 8(b) मा चार्जिङ कर्भ अवलोकन गर्दा, 2C चार्जिङ प्लेटफर्म 1C चार्जिङ प्लेटफर्म भन्दा धेरै ठूलो छ, र यसको स्थिर भोल्टेज चार्ज गर्ने क्षमता धेरैजसो (55%) को लागी हुन्छ, 2C रिचार्जेबल ब्याट्रीको ध्रुवीकरण हो भनेर संकेत गर्दछ। पहिले नै धेरै ठूलो। सिलिकन-कार्बन सामग्रीको 1C मा राम्रो चार्जिंग र डिस्चार्जिंग प्रदर्शन छ, तर उच्च दर प्रदर्शन प्राप्त गर्न सामग्रीको संरचनात्मक विशेषताहरूलाई थप सुधार गर्न आवश्यक छ। चित्र 9 मा देखाइएको अनुसार, 450 चक्र पछि, क्षमता अवधारण दर 78% छ, राम्रो चक्र प्रदर्शन देखाउँदै।

चक्र अघि र पछि इलेक्ट्रोडको सतह अवस्था SEM द्वारा अनुसन्धान गरिएको थियो, र परिणामहरू चित्र 10 मा देखाइएको छ। चक्र अघि, ग्रेफाइट र सिलिकन-कार्बन सामग्रीको सतह स्पष्ट छ [चित्र 10(a)]; चक्र पछि, सतहमा एक कोटिंग तह स्पष्ट रूपमा उत्पन्न हुन्छ [चित्र 10(b)], जुन मोटो SEI फिल्म हो। SEI फिल्म रफनेस सक्रिय लिथियम खपत उच्च छ, जुन चक्र प्रदर्शनको लागि अनुकूल छैन। तसर्थ, एक चिकनी SEI फिल्म (जस्तै कृत्रिम SEI फिल्म निर्माण, उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट additives, आदि) को गठन को प्रवर्द्धनले चक्र प्रदर्शन सुधार गर्न सक्छ। चक्र [चित्र 10(c)] पछि सिलिकन-कार्बन कणहरूको क्रस-सेक्शनल SEM अवलोकनले देखाउँछ कि मूल स्ट्रिप-आकारको सिलिकन न्यानो कणहरू मोटो भएका छन् र छिद्रपूर्ण संरचना मूल रूपमा हटाइएको छ। यो मुख्यतया चक्रको समयमा सिलिकन-कार्बन सामग्रीको निरन्तर मात्रा विस्तार र संकुचनको कारण हो। तसर्थ, सिलिकन-आधारित सामग्रीको भोल्युम विस्तारको लागि पर्याप्त बफर स्पेस प्रदान गर्न छिद्रपूर्ण संरचनालाई थप बृद्धि गर्न आवश्यक छ।

३ निष्कर्ष

भोल्युम विस्तार, कमजोर चालकता र सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको खराब इन्टरफेस स्थिरताको आधारमा, यो कागजले सिलिकन नानोसिटको आकार विज्ञान, छिद्रपूर्ण संरचना निर्माण, प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण र सम्पूर्ण माध्यमिक कणहरूको पूर्ण कार्बन कोटिंगबाट लक्षित सुधारहरू गर्दछ। , समग्र रूपमा सिलिकन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको स्थिरता सुधार गर्न। सिलिकन nanosheets को संचय एक छिद्रपूर्ण संरचना बनाउन सक्छ। CNT को परिचयले छिद्रपूर्ण संरचनाको गठनलाई बढावा दिनेछ। तरल चरण कोटिंग द्वारा बनाईएको सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीमा ठोस चरण कोटिंग द्वारा तयार गरिएको भन्दा डबल कार्बन कोटिंग प्रभाव छ, 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 सामग्रीको भोल्युम विस्तारलाई कम गर्ने छिद्रपूर्ण संरचनाको क्षमताको उच्च डिग्रीको कारण हो। CNT को परिचयले तीन-आयामी प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण गर्नेछ, सिलिकन-आधारित सामग्रीको चालकता सुधार गर्नेछ, र 1C मा राम्रो दर प्रदर्शन देखाउँछ; र सामग्रीले राम्रो चक्र प्रदर्शन देखाउँछ। यद्यपि, सिलिकनको भोल्युम विस्तारको लागि पर्याप्त बफर स्पेस प्रदान गर्न, र चिल्लोको गठनलाई बढावा दिन सामग्रीको छिद्रपूर्ण संरचनालाई अझ बलियो बनाउन आवश्यक छ।र सिलिकन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको चक्र कार्यसम्पादनमा थप सुधार गर्न घने SEI फिल्म।

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

थप छलफलको लागि हामीलाई भ्रमण गर्न संसारभरका कुनै पनि ग्राहकहरूलाई स्वागत छ!

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