పోరస్ సిలికాన్ కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాల తయారీ మరియు పనితీరు మెరుగుదల

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ప్రధానంగా అధిక శక్తి సాంద్రత దిశలో అభివృద్ధి చెందుతున్నాయి. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద, సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల మిశ్రమం లిథియం-సమృద్ధ ఉత్పత్తి Li3.75Si దశను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది 3572 mAh/g వరకు నిర్దిష్ట సామర్థ్యంతో ఉంటుంది, ఇది గ్రాఫైట్ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ 372 mAh/g యొక్క సైద్ధాంతిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యం కంటే చాలా ఎక్కువ. అయితే, సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల పునరావృత ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ ప్రక్రియలో, Si మరియు Li3.75Si యొక్క దశ పరివర్తన భారీ వాల్యూమ్ విస్తరణను (సుమారు 300%) ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల నిర్మాణాత్మక పౌడరింగ్ మరియు SEI ఫిల్మ్ యొక్క నిరంతర ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది మరియు చివరకు సామర్థ్యం వేగంగా తగ్గడానికి కారణమవుతుంది. పరిశ్రమ ప్రధానంగా నానో-సైజింగ్, కార్బన్ పూత, పోర్ నిర్మాణం మరియు ఇతర సాంకేతికతల ద్వారా సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల పనితీరును మరియు సిలికాన్-ఆధారిత బ్యాటరీల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

కార్బన్ పదార్థాలు మంచి వాహకత, తక్కువ ధర మరియు విస్తృత వనరులను కలిగి ఉంటాయి. అవి సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల వాహకత మరియు ఉపరితల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి. సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లకు పనితీరు మెరుగుదల సంకలనాలుగా వీటిని ప్రాధాన్యతగా ఉపయోగిస్తారు. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాలు సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల యొక్క ప్రధాన అభివృద్ధి దిశ. కార్బన్ పూత సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల ఉపరితల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, కానీ సిలికాన్ వాల్యూమ్ విస్తరణను నిరోధించే దాని సామర్థ్యం సాధారణమైనది మరియు సిలికాన్ వాల్యూమ్ విస్తరణ సమస్యను పరిష్కరించదు. అందువల్ల, సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి, పోరస్ నిర్మాణాలను నిర్మించాల్సిన అవసరం ఉంది. బాల్ మిల్లింగ్ అనేది నానోమెటీరియల్‌లను తయారు చేయడానికి ఒక పారిశ్రామిక పద్ధతి. మిశ్రమ పదార్థం యొక్క డిజైన్ అవసరాలకు అనుగుణంగా బాల్ మిల్లింగ్ ద్వారా పొందిన స్లర్రీకి వివిధ సంకలనాలు లేదా పదార్థ భాగాలను జోడించవచ్చు. స్లర్రీ వివిధ స్లర్రీల ద్వారా సమానంగా చెదరగొట్టబడుతుంది మరియు స్ప్రే-ఎండినది. తక్షణ ఎండబెట్టడం ప్రక్రియలో, స్లర్రీలోని నానోపార్టికల్స్ మరియు ఇతర భాగాలు ఆకస్మికంగా పోరస్ నిర్మాణ లక్షణాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ కాగితం పోరస్ సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాలను తయారు చేయడానికి పారిశ్రామిక మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన బాల్ మిల్లింగ్ మరియు స్ప్రే డ్రైయింగ్ టెక్నాలజీని ఉపయోగిస్తుంది.

సిలికాన్ నానోమెటీరియల్స్ యొక్క పదనిర్మాణం మరియు పంపిణీ లక్షణాలను నియంత్రించడం ద్వారా సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాల పనితీరును కూడా మెరుగుపరచవచ్చు. ప్రస్తుతం, సిలికాన్ నానోరాడ్‌లు, పోరస్ గ్రాఫైట్ ఎంబెడెడ్ నానోసిలికాన్, కార్బన్ గోళాలలో పంపిణీ చేయబడిన నానోసిలికాన్, సిలికాన్/గ్రాఫేన్ శ్రేణి పోరస్ నిర్మాణాలు మొదలైన వివిధ పదనిర్మాణాలు మరియు పంపిణీ లక్షణాలతో కూడిన సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాలు తయారు చేయబడ్డాయి. అదే స్థాయిలో, నానోపార్టికల్స్‌తో పోలిస్తే, నానోషీట్‌లు వాల్యూమ్ విస్తరణ వల్ల కలిగే క్రషింగ్ సమస్యను బాగా అణచివేయగలవు మరియు పదార్థం అధిక సంపీడన సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది. నానోషీట్‌ల క్రమరహిత స్టాకింగ్ కూడా పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. సిలికాన్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ఎక్స్ఛేంజ్ గ్రూపులో చేరడానికి. సిలికాన్ పదార్థాల వాల్యూమ్ విస్తరణకు బఫర్ స్థలాన్ని అందించండి. కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల (CNTలు) పరిచయం పదార్థం యొక్క వాహకతను మెరుగుపరచడమే కాకుండా, దాని ఏక-డైమెన్షనల్ పదనిర్మాణ లక్షణాల కారణంగా పదార్థం యొక్క పోరస్ నిర్మాణాల ఏర్పాటును ప్రోత్సహిస్తుంది. సిలికాన్ నానోషీట్‌లు మరియు CNTల ద్వారా నిర్మించబడిన పోరస్ నిర్మాణాలపై ఎటువంటి నివేదికలు లేవు. ఈ పత్రం పారిశ్రామికంగా వర్తించే బాల్ మిల్లింగ్, గ్రైండింగ్ మరియు డిస్పర్షన్, స్ప్రే డ్రైయింగ్, కార్బన్ ప్రీ-కోటింగ్ మరియు కాల్సినేషన్ పద్ధతులను అవలంబిస్తుంది మరియు సిలికాన్ నానోషీట్లు మరియు CNTల స్వీయ-అసెంబ్లీ ద్వారా ఏర్పడిన పోరస్ సిలికాన్-ఆధారిత నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి తయారీ ప్రక్రియలో పోరస్ ప్రమోటర్లను పరిచయం చేస్తుంది. తయారీ ప్రక్రియ సరళమైనది, పర్యావరణ అనుకూలమైనది మరియు వ్యర్థ ద్రవం లేదా వ్యర్థ అవశేషాలు ఉత్పత్తి చేయబడవు. సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల కార్బన్ పూతపై అనేక సాహిత్య నివేదికలు ఉన్నాయి, కానీ పూత ప్రభావంపై కొన్ని లోతైన చర్చలు ఉన్నాయి. ఈ పత్రం పూత ప్రభావం మరియు సిలికాన్-ఆధారిత నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల పనితీరుపై రెండు కార్బన్ పూత పద్ధతులు, ద్రవ దశ పూత మరియు ఘన దశ పూత యొక్క ప్రభావాలను పరిశోధించడానికి కార్బన్ మూలంగా తారును ఉపయోగిస్తుంది.

1 ప్రయోగం

1.1 మెటీరియల్ తయారీ

పోరస్ సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాల తయారీలో ప్రధానంగా ఐదు దశలు ఉంటాయి: బాల్ మిల్లింగ్, గ్రైండింగ్ మరియు డిస్పర్షన్, స్ప్రే డ్రైయింగ్, కార్బన్ ప్రీ-కోటింగ్ మరియు కార్బొనైజేషన్. ముందుగా, 500 గ్రాముల ప్రారంభ సిలికాన్ పౌడర్ (దేశీయ, 99.99% స్వచ్ఛత) బరువుగా ఉంచి, 2000 గ్రాముల ఐసోప్రొపనాల్‌ను జోడించి, నానో-స్కేల్ సిలికాన్ స్లర్రీని పొందడానికి 24 గంటలకు 2000 r/min బాల్ మిల్లింగ్ వేగంతో వెట్ బాల్ మిల్లింగ్ చేయండి. పొందిన సిలికాన్ స్లర్రీని డిస్పర్షన్ ట్రాన్స్‌ఫర్ ట్యాంక్‌కు బదిలీ చేస్తారు మరియు సిలికాన్ యొక్క ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తి ప్రకారం పదార్థాలు జోడించబడతాయి: గ్రాఫైట్ (షాంఘైలో ఉత్పత్తి చేయబడింది, బ్యాటరీ గ్రేడ్): కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు (టియాంజిన్‌లో ఉత్పత్తి చేయబడింది, బ్యాటరీ గ్రేడ్): పాలీ వినైల్ పైరోలిడోన్ (టియాంజిన్‌లో ఉత్పత్తి చేయబడింది, విశ్లేషణాత్మక గ్రేడ్) = 40:60:1.5:2. ఘన పదార్థాన్ని సర్దుబాటు చేయడానికి ఐసోప్రొపనాల్ ఉపయోగించబడుతుంది మరియు ఘన పదార్థాన్ని 15%గా రూపొందించారు. గ్రైండింగ్ మరియు డిస్పర్షన్ 4 గంటలకు 3500 r/min డిస్పర్షన్ వేగంతో నిర్వహిస్తారు. CNT లను జోడించకుండా స్లర్రీల యొక్క మరొక సమూహాన్ని పోల్చారు, మరియు ఇతర పదార్థాలు ఒకేలా ఉంటాయి. పొందిన చెదరగొట్టబడిన స్లర్రీని స్ప్రే డ్రైయింగ్ ఫీడింగ్ ట్యాంక్‌కు బదిలీ చేస్తారు మరియు నత్రజని-రక్షిత వాతావరణంలో స్ప్రే డ్రైయింగ్ నిర్వహిస్తారు, ఇన్లెట్ మరియు అవుట్‌లెట్ ఉష్ణోగ్రతలు వరుసగా 180 మరియు 90 °C ఉంటాయి. అప్పుడు రెండు రకాల కార్బన్ పూతలను పోల్చారు, ఘన దశ పూత మరియు ద్రవ దశ పూత. ఘన దశ పూత పద్ధతి: స్ప్రే-ఎండిన పొడిని 20% తారు పొడితో (కొరియాలో తయారు చేయబడింది, D50 5 μm), మెకానికల్ మిక్సర్‌లో 10 నిమిషాలు కలుపుతారు మరియు ప్రీ-కోటెడ్ పౌడర్‌ను పొందడానికి మిక్సింగ్ వేగం 2000 r/min. ద్రవ దశ పూత పద్ధతి: స్ప్రే-ఎండిన పొడిని 55% ఘన పదార్థంతో పౌడర్‌లో కరిగించిన 20% తారు కలిగిన జిలీన్ ద్రావణంలో (టియాంజిన్‌లో తయారు చేయబడింది, విశ్లేషణాత్మక గ్రేడ్) జోడించబడుతుంది మరియు వాక్యూమ్‌ను సమానంగా కదిలిస్తారు. 85℃ వద్ద వాక్యూమ్ ఓవెన్‌లో 4 గంటలు కాల్చండి, మిక్సింగ్ కోసం మెకానికల్ మిక్సర్‌లో ఉంచండి, మిక్సింగ్ వేగం 2000 r/min, మరియు ప్రీ-కోటెడ్ పౌడర్‌ను పొందడానికి మిక్సింగ్ సమయం 10 నిమిషాలు. చివరగా, ప్రీ-కోటెడ్ పౌడర్‌ను రోటరీ కిల్న్‌లో 5°C/min తాపన రేటుతో నత్రజని వాతావరణంలో కాల్సిన్ చేశారు. దీనిని మొదట 550°C స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద 2 గంటలు ఉంచారు, తరువాత 800°C వరకు వేడి చేయడం కొనసాగించారు మరియు 2 గంటలు స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంచారు, ఆపై సహజంగా 100°C కంటే తక్కువకు చల్లబరిచి సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాన్ని పొందడానికి విడుదల చేశారు.

1.2 లక్షణీకరణ పద్ధతులు

పదార్థం యొక్క కణ పరిమాణ పంపిణీని కణ పరిమాణ టెస్టర్ (మాస్టర్‌సైజర్ 2000 వెర్షన్, UKలో తయారు చేయబడింది) ఉపయోగించి విశ్లేషించారు. ప్రతి దశలో పొందిన పొడులను స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (రెగ్యులస్8220, జపాన్‌లో తయారు చేయబడింది) ద్వారా పరీక్షించి, పొడుల పదనిర్మాణం మరియు పరిమాణాన్ని పరిశీలించారు. పదార్థం యొక్క దశ నిర్మాణాన్ని ఎక్స్-రే పౌడర్ డిఫ్రాక్షన్ ఎనలైజర్ (D8 ADVANCE, జర్మనీలో తయారు చేయబడింది) ఉపయోగించి విశ్లేషించారు మరియు పదార్థం యొక్క మూలక కూర్పును శక్తి స్పెక్ట్రం ఎనలైజర్ ఉపయోగించి విశ్లేషించారు. పొందిన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాన్ని మోడల్ CR2032 యొక్క బటన్ హాఫ్-సెల్‌ను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించారు మరియు సిలికాన్-కార్బన్: SP: CNT: CMC: SBR యొక్క ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తి 92:2:2:1.5:2.5. కౌంటర్ ఎలక్ట్రోడ్ ఒక మెటల్ లిథియం షీట్, ఎలక్ట్రోలైట్ ఒక వాణిజ్య ఎలక్ట్రోలైట్ (మోడల్ 1901, కొరియాలో తయారు చేయబడింది), సెల్గార్డ్ 2320 డయాఫ్రాగమ్ ఉపయోగించబడుతుంది, ఛార్జ్ మరియు డిశ్చార్జ్ వోల్టేజ్ పరిధి 0.005-1.5 V, ఛార్జ్ మరియు డిశ్చార్జ్ కరెంట్ 0.1 C (1C = 1A), మరియు డిశ్చార్జ్ కట్-ఆఫ్ కరెంట్ 0.05 C.

సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాల పనితీరును మరింత పరిశోధించడానికి, లామినేటెడ్ స్మాల్ సాఫ్ట్-ప్యాక్ బ్యాటరీ 408595 తయారు చేయబడింది. పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ NCM811 (హునాన్, బ్యాటరీ గ్రేడ్‌లో తయారు చేయబడింది) ను ఉపయోగిస్తుంది మరియు నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ గ్రాఫైట్‌ను 8% సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థంతో డోప్ చేస్తారు. పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ స్లర్రీ ఫార్ములా 96% NCM811, 1.2% పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ (PVDF), 2% వాహక ఏజెంట్ SP, 0.8% CNT, మరియు NMP ను డిస్పర్సెంట్‌గా ఉపయోగిస్తారు; నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ స్లర్రీ ఫార్ములా 96% కాంపోజిట్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, మరియు నీటిని డిస్పర్సెంట్‌గా ఉపయోగిస్తారు. కదిలించిన తర్వాత, పూత, రోలింగ్, కటింగ్, లామినేషన్, ట్యాబ్ వెల్డింగ్, ప్యాకేజింగ్, బేకింగ్, లిక్విడ్ ఇంజెక్షన్, ఫార్మేషన్ మరియు కెపాసిటీ డివిజన్, 3 Ah రేటింగ్ సామర్థ్యం కలిగిన 408595 లామినేటెడ్ స్మాల్ సాఫ్ట్ ప్యాక్ బ్యాటరీలను తయారు చేశారు. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C మరియు 3C రేటు పనితీరు మరియు 0.5C ఛార్జ్ మరియు 1C ఉత్సర్గ చక్ర పనితీరు పరీక్షించబడ్డాయి. ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ పరిధి 2.8-4.2 V, స్థిరమైన కరెంట్ మరియు స్థిరమైన వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్, మరియు కట్-ఆఫ్ కరెంట్ 0.5C.

2 ఫలితాలు మరియు చర్చ

ప్రారంభ సిలికాన్ పౌడర్‌ను స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) ద్వారా పరిశీలించారు. సిలికాన్ పౌడర్ 2μm కంటే తక్కువ కణ పరిమాణంతో సక్రమంగా కణికగా ఉంది, చిత్రం 1(a)లో చూపిన విధంగా. బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత, సిలికాన్ పౌడర్ పరిమాణం దాదాపు 100 nmకి గణనీయంగా తగ్గించబడింది [Figure 1(b)]. కణ పరిమాణ పరీక్షలో బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత సిలికాన్ పౌడర్ యొక్క D50 110 nm మరియు D90 175 nm అని తేలింది. బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత సిలికాన్ పౌడర్ యొక్క పదనిర్మాణాన్ని జాగ్రత్తగా పరిశీలించినప్పుడు ఫ్లాకీ నిర్మాణం కనిపిస్తుంది (ఫ్లాకీ నిర్మాణం ఏర్పడటం తరువాత క్రాస్-సెక్షనల్ SEM నుండి మరింత ధృవీకరించబడుతుంది). అందువల్ల, కణ పరిమాణ పరీక్ష నుండి పొందిన D90 డేటా నానోషీట్ యొక్క పొడవు పరిమాణం అయి ఉండాలి. SEM ఫలితాలతో కలిపి, పొందిన నానోషీట్ పరిమాణం కనీసం ఒక పరిమాణంలో ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ చేసేటప్పుడు సిలికాన్ పౌడర్ విచ్ఛిన్నం యొక్క 150 nm యొక్క క్లిష్టమైన విలువ కంటే తక్కువగా ఉందని నిర్ధారించవచ్చు. ఫ్లాకీ పదనిర్మాణం ఏర్పడటానికి ప్రధానంగా స్ఫటికాకార సిలికాన్ యొక్క క్రిస్టల్ ప్లేన్‌ల యొక్క విభిన్న డిస్సోసియేషన్ శక్తులు కారణం, వీటిలో సిలికాన్ యొక్క {111} ప్లేన్ {100} మరియు {110} క్రిస్టల్ ప్లేన్‌ల కంటే తక్కువ డిస్సోసియేషన్ శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, ఈ క్రిస్టల్ ప్లేన్ బాల్ మిల్లింగ్ ద్వారా మరింత సులభంగా పలుచబడి, చివరకు ఫ్లాకీ స్ట్రక్చర్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. ఫ్లాకీ నిర్మాణం వదులుగా ఉండే నిర్మాణాల సంచితానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది, సిలికాన్ వాల్యూమ్ విస్తరణకు స్థలాన్ని రిజర్వ్ చేస్తుంది మరియు పదార్థం యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

నానో-సిలికాన్, CNT మరియు గ్రాఫైట్ కలిగిన స్లర్రీని స్ప్రే చేశారు మరియు స్ప్రే చేయడానికి ముందు మరియు తరువాత పొడిని SEM ద్వారా పరిశీలించారు. ఫలితాలు చిత్రం 2లో చూపబడ్డాయి. స్ప్రే చేయడానికి ముందు జోడించిన గ్రాఫైట్ మాతృక 5 నుండి 20 μm పరిమాణంతో కూడిన ఒక సాధారణ ఫ్లేక్ నిర్మాణం [మూర్తి 2(a)]. గ్రాఫైట్ యొక్క కణ పరిమాణం పంపిణీ పరీక్ష D50 15μm అని చూపిస్తుంది. స్ప్రే చేసిన తర్వాత పొందిన పొడి గోళాకార స్వరూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది [మూర్తి 2(b)], మరియు స్ప్రే చేసిన తర్వాత పూత పొర ద్వారా గ్రాఫైట్ పూత పూయబడిందని చూడవచ్చు. స్ప్రే చేసిన తర్వాత పొడి యొక్క D50 26.2 μm. ద్వితీయ కణాల యొక్క పదనిర్మాణ లక్షణాలను SEM ద్వారా గమనించారు, ఇది నానోమెటీరియల్స్ ద్వారా సేకరించబడిన వదులుగా ఉండే పోరస్ నిర్మాణం యొక్క లక్షణాలను చూపుతుంది [మూర్తి 2(c)]. పోరస్ నిర్మాణం సిలికాన్ నానోషీట్‌లు మరియు CNTలతో ఒకదానితో ఒకటి ముడిపడి ఉంటుంది [మూర్తి 2(d)], మరియు పరీక్ష నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం (BET) 53.3 m2/g వరకు ఉంటుంది. అందువల్ల, స్ప్రే చేసిన తర్వాత, సిలికాన్ నానోషీట్లు మరియు CNTలు స్వీయ-సమావేశమై ఒక పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.

పోరస్ పొరను ద్రవ కార్బన్ పూతతో చికిత్స చేశారు మరియు కార్బన్ పూత పూర్వగామి పిచ్ మరియు కార్బొనైజేషన్‌ను జోడించిన తర్వాత, SEM పరిశీలన జరిగింది. ఫలితాలు చిత్రం 3లో చూపబడ్డాయి. కార్బన్ ప్రీ-కోటింగ్ తర్వాత, ద్వితీయ కణాల ఉపరితలం మృదువుగా మారుతుంది, స్పష్టమైన పూత పొరతో, మరియు పూత పూర్తవుతుంది, చిత్రాలు 3(a) మరియు (b)లో చూపిన విధంగా. కార్బొనైజేషన్ తర్వాత, ఉపరితల పూత పొర మంచి పూత స్థితిని నిర్వహిస్తుంది [మూర్తి 3(c)]. అదనంగా, క్రాస్-సెక్షనల్ SEM చిత్రం స్ట్రిప్-ఆకారపు నానోపార్టికల్స్‌ను చూపిస్తుంది [మూర్తి 3(d)], ఇది నానోషీట్‌ల యొక్క పదనిర్మాణ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత సిలికాన్ నానోషీట్‌ల ఏర్పాటును మరింత ధృవీకరిస్తుంది. అదనంగా, చిత్రం 3(d) కొన్ని నానోషీట్‌ల మధ్య ఫిల్లర్లు ఉన్నాయని చూపిస్తుంది. ఇది ప్రధానంగా ద్రవ దశ పూత పద్ధతిని ఉపయోగించడం వల్ల జరుగుతుంది. తారు ద్రావణం పదార్థంలోకి చొచ్చుకుపోతుంది, తద్వారా అంతర్గత సిలికాన్ నానోషీట్‌ల ఉపరితలం కార్బన్ పూత రక్షణ పొరను పొందుతుంది. అందువల్ల, ద్రవ దశ పూతను ఉపయోగించడం ద్వారా, ద్వితీయ కణ పూత ప్రభావాన్ని పొందడంతో పాటు, ప్రాథమిక కణ పూత యొక్క డబుల్ కార్బన్ పూత ప్రభావాన్ని కూడా పొందవచ్చు. కార్బొనైజ్డ్ పౌడర్‌ను BET ద్వారా పరీక్షించారు మరియు పరీక్ష ఫలితం 22.3 m2/g.

కార్బొనైజ్డ్ పౌడర్‌ను క్రాస్-సెక్షనల్ ఎనర్జీ స్పెక్ట్రమ్ విశ్లేషణ (EDS)కు గురి చేశారు మరియు ఫలితాలు చిత్రం 4(a)లో చూపించబడ్డాయి. మైక్రాన్-పరిమాణ కోర్ గ్రాఫైట్ మ్యాట్రిక్స్‌కు అనుగుణంగా C భాగం, మరియు బయటి పూతలో సిలికాన్ మరియు ఆక్సిజన్ ఉంటాయి. సిలికాన్ నిర్మాణాన్ని మరింత పరిశోధించడానికి, ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD) పరీక్ష నిర్వహించబడింది మరియు ఫలితాలు చిత్రం 4(b)లో చూపించబడ్డాయి. పదార్థం ప్రధానంగా గ్రాఫైట్ మరియు సింగిల్-క్రిస్టల్ సిలికాన్‌తో కూడి ఉంటుంది, స్పష్టమైన సిలికాన్ ఆక్సైడ్ లక్షణాలు లేవు, ఇది శక్తి స్పెక్ట్రమ్ పరీక్ష యొక్క ఆక్సిజన్ భాగం ప్రధానంగా సిలికాన్ ఉపరితలం యొక్క సహజ ఆక్సీకరణ నుండి వస్తుందని సూచిస్తుంది. సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం S1గా నమోదు చేయబడింది.

తయారు చేయబడిన సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం S1 బటన్-రకం హాఫ్-సెల్ ఉత్పత్తి మరియు ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ పరీక్షలకు లోబడి ఉంది. మొదటి ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ వక్రరేఖ చిత్రం 5లో చూపబడింది. రివర్సిబుల్ నిర్దిష్ట సామర్థ్యం 1000.8 mAh/g, మరియు మొదటి సైకిల్ సామర్థ్యం 93.9% వరకు ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది సాహిత్యంలో నివేదించబడిన ప్రీ-లిథియేషన్ లేని చాలా సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల మొదటి సామర్థ్యం కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. అధిక మొదటి సామర్థ్యం తయారు చేయబడిన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం అధిక స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉందని సూచిస్తుంది. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాల స్థిరత్వంపై పోరస్ నిర్మాణం, వాహక నెట్‌వర్క్ మరియు కార్బన్ పూత యొక్క ప్రభావాలను ధృవీకరించడానికి, CNTని జోడించకుండా మరియు ప్రాథమిక కార్బన్ పూత లేకుండా రెండు రకాల సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాలను తయారు చేశారు.

CNT ని జోడించకుండా సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క కార్బోనైజ్డ్ పౌడర్ యొక్క స్వరూపం చిత్రం 6 లో చూపబడింది. ద్రవ దశ పూత మరియు కార్బోనైజేషన్ తర్వాత, చిత్రం 6 (a) లో ద్వితీయ కణాల ఉపరితలంపై ఒక పూత పొరను స్పష్టంగా చూడవచ్చు. కార్బోనైజ్డ్ పదార్థం యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ SEM చిత్రం 6 (b) లో చూపబడింది. సిలికాన్ నానోషీట్ల స్టాకింగ్ పోరస్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు BET పరీక్ష 16.6 m2/g. అయితే, CNT తో పోలిస్తే [చిత్రం 3 (d) లో చూపిన విధంగా), దాని కార్బోనైజ్డ్ పౌడర్ యొక్క BET పరీక్ష 22.3 m2/g], అంతర్గత నానో-సిలికాన్ స్టాకింగ్ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది CNT ని జోడించడం వల్ల పోరస్ నిర్మాణం ఏర్పడటానికి దోహదపడుతుందని సూచిస్తుంది. అదనంగా, పదార్థం CNT ద్వారా నిర్మించబడిన త్రిమితీయ వాహక నెట్‌వర్క్‌ను కలిగి ఉండదు. సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం S2 గా నమోదు చేయబడింది.

ఘన-దశ కార్బన్ పూత ద్వారా తయారు చేయబడిన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క పదనిర్మాణ లక్షణాలు చిత్రం 7లో చూపబడ్డాయి. కార్బొనైజేషన్ తర్వాత, ఉపరితలంపై స్పష్టమైన పూత పొర ఉంటుంది, చిత్రం 7(a)లో చూపిన విధంగా. చిత్రం 7(b) క్రాస్ సెక్షన్‌లో స్ట్రిప్-ఆకారపు నానోపార్టికల్స్ ఉన్నాయని చూపిస్తుంది, ఇది నానోషీట్‌ల పదనిర్మాణ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. నానోషీట్‌ల చేరడం ఒక పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. అంతర్గత నానోషీట్‌ల ఉపరితలంపై స్పష్టమైన పూరకం లేదు, ఇది ఘన-దశ కార్బన్ పూత పోరస్ నిర్మాణంతో కార్బన్ పూత పొరను మాత్రమే ఏర్పరుస్తుందని మరియు సిలికాన్ నానోషీట్‌లకు అంతర్గత పూత పొర లేదని సూచిస్తుంది. ఈ సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం S3గా నమోదు చేయబడింది.

S2 మరియు S3 లలో బటన్-రకం హాఫ్-సెల్ ఛార్జ్ మరియు డిశ్చార్జ్ పరీక్ష నిర్వహించబడింది. S2 యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మొదటి సామర్థ్యం వరుసగా 1120.2 mAh/g మరియు 84.8%, మరియు S3 యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మొదటి సామర్థ్యం వరుసగా 882.5 mAh/g మరియు 82.9%. ఘన-దశ పూతతో కూడిన S3 నమూనా యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మొదటి సామర్థ్యం అత్యల్పంగా ఉన్నాయి, ఇది పోరస్ నిర్మాణం యొక్క కార్బన్ పూత మాత్రమే నిర్వహించబడిందని మరియు అంతర్గత సిలికాన్ నానోషీట్‌ల కార్బన్ పూత నిర్వహించబడలేదని సూచిస్తుంది, ఇది సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థం యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యానికి పూర్తి ప్లే ఇవ్వలేకపోయింది మరియు సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థం యొక్క ఉపరితలాన్ని రక్షించలేకపోయింది. CNT లేకుండా S2 నమూనా యొక్క మొదటి సామర్థ్యం CNT కలిగి ఉన్న సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం కంటే తక్కువగా ఉంది, ఇది మంచి పూత పొర ఆధారంగా, వాహక నెట్‌వర్క్ మరియు అధిక స్థాయి పోరస్ నిర్మాణం సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం యొక్క ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుందని సూచిస్తుంది.

S1 సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాన్ని ఉపయోగించి చిన్న సాఫ్ట్-ప్యాక్ ఫుల్ బ్యాటరీని తయారు చేసి, రేటు పనితీరు మరియు చక్ర పనితీరును పరిశీలించారు. ఉత్సర్గ రేటు వక్రరేఖ చిత్రం 8(a)లో చూపబడింది. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C మరియు 3C యొక్క ఉత్సర్గ సామర్థ్యాలు వరుసగా 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 మరియు 1.021 Ah. 1C ఉత్సర్గ రేటు 98.3% వరకు ఎక్కువగా ఉంటుంది, కానీ 2C ఉత్సర్గ రేటు 73.3%కి పడిపోతుంది మరియు 3C ఉత్సర్గ రేటు 34.4%కి మరింత పడిపోతుంది. సిలికాన్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ఎక్స్ఛేంజ్ గ్రూప్‌లో చేరడానికి, దయచేసి WeChat: shimobangని జోడించండి. ఛార్జింగ్ రేటు పరంగా, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C మరియు 3C ఛార్జింగ్ సామర్థ్యాలు వరుసగా 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 మరియు 2.289 Ah. 1C ఛార్జింగ్ రేటు 96.7%, మరియు 2C ఛార్జింగ్ రేటు ఇప్పటికీ 84.3% కి చేరుకుంటుంది. అయితే, చిత్రం 8(b) లోని ఛార్జింగ్ వక్రతను గమనిస్తే, 2C ఛార్జింగ్ ప్లాట్‌ఫామ్ 1C ఛార్జింగ్ ప్లాట్‌ఫామ్ కంటే గణనీయంగా పెద్దదిగా ఉంటుంది మరియు దాని స్థిరమైన వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్ సామర్థ్యం చాలా వరకు (55%) ఉంటుంది, ఇది 2C రీఛార్జబుల్ బ్యాటరీ యొక్క ధ్రువణత ఇప్పటికే చాలా పెద్దదిగా ఉందని సూచిస్తుంది. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం 1C వద్ద మంచి ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ పనితీరును కలిగి ఉంటుంది, కానీ అధిక రేటు పనితీరును సాధించడానికి పదార్థం యొక్క నిర్మాణ లక్షణాలను మరింత మెరుగుపరచాలి. చిత్రం 9లో చూపిన విధంగా, 450 చక్రాల తర్వాత, సామర్థ్య నిలుపుదల రేటు 78%, ఇది మంచి సైకిల్ పనితీరును చూపుతుంది.

చక్రానికి ముందు మరియు తరువాత ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితల స్థితిని SEM ద్వారా పరిశోధించారు మరియు ఫలితాలు చిత్రం 10లో చూపబడ్డాయి. చక్రానికి ముందు, గ్రాఫైట్ మరియు సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాల ఉపరితలం స్పష్టంగా ఉంటుంది [మూర్తి 10(a)]; చక్రం తర్వాత, ఉపరితలంపై ఒక పూత పొర స్పష్టంగా ఉత్పత్తి అవుతుంది [మూర్తి 10(b)], ఇది మందపాటి SEI ఫిల్మ్. SEI ఫిల్మ్ కరుకుదనం క్రియాశీల లిథియం వినియోగం ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది చక్ర పనితీరుకు అనుకూలంగా ఉండదు. అందువల్ల, మృదువైన SEI ఫిల్మ్ ఏర్పడటాన్ని ప్రోత్సహించడం (కృత్రిమ SEI ఫిల్మ్ నిర్మాణం, తగిన ఎలక్ట్రోలైట్ సంకలనాలను జోడించడం మొదలైనవి) చక్ర పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది. చక్రం తర్వాత సిలికాన్-కార్బన్ కణాల క్రాస్-సెక్షనల్ SEM పరిశీలన [మూర్తి 10(c)] అసలు స్ట్రిప్-ఆకారపు సిలికాన్ నానోపార్టికల్స్ ముతకగా మారాయని మరియు పోరస్ నిర్మాణం ప్రాథమికంగా తొలగించబడిందని చూపిస్తుంది. ఇది ప్రధానంగా చక్రం సమయంలో సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం యొక్క నిరంతర వాల్యూమ్ విస్తరణ మరియు సంకోచం కారణంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థం యొక్క వాల్యూమ్ విస్తరణకు తగినంత బఫర్ స్థలాన్ని అందించడానికి పోరస్ నిర్మాణాన్ని మరింత మెరుగుపరచాలి.

3 ముగింపు

సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల వాల్యూమ్ విస్తరణ, పేలవమైన వాహకత మరియు పేలవమైన ఇంటర్‌ఫేస్ స్థిరత్వం ఆధారంగా, ఈ పత్రం సిలికాన్ నానోషీట్‌ల పదనిర్మాణ ఆకృతి, పోరస్ నిర్మాణ నిర్మాణం, వాహక నెట్‌వర్క్ నిర్మాణం మరియు మొత్తం ద్వితీయ కణాల పూర్తి కార్బన్ పూత నుండి లక్ష్యంగా మెరుగుదలలను చేస్తుంది, మొత్తంగా సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. సిలికాన్ నానోషీట్‌ల సంచితం ఒక పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. CNT పరిచయం పోరస్ నిర్మాణం ఏర్పడటాన్ని మరింత ప్రోత్సహిస్తుంది. ద్రవ దశ పూత ద్వారా తయారు చేయబడిన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం ఘన దశ పూత ద్వారా తయారు చేయబడిన దానికంటే డబుల్ కార్బన్ పూత ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు అధిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మొదటి సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. అదనంగా, CNTని కలిగి ఉన్న సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క మొదటి సామర్థ్యం CNT లేకుండా కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ప్రధానంగా సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల వాల్యూమ్ విస్తరణను తగ్గించే పోరస్ నిర్మాణం యొక్క సామర్థ్యం యొక్క అధిక స్థాయి కారణంగా ఉంటుంది. CNT పరిచయం త్రిమితీయ వాహక నెట్‌వర్క్‌ను నిర్మిస్తుంది, సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల వాహకతను మెరుగుపరుస్తుంది మరియు 1C వద్ద మంచి రేటు పనితీరును చూపుతుంది; మరియు పదార్థం మంచి చక్ర పనితీరును చూపుతుంది. అయితే, సిలికాన్ యొక్క వాల్యూమ్ విస్తరణకు తగినంత బఫర్ స్థలాన్ని అందించడానికి మరియు మృదువైన నిర్మాణంను ప్రోత్సహించడానికి పదార్థం యొక్క పోరస్ నిర్మాణాన్ని మరింత బలోపేతం చేయాలి.మరియు సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క చక్ర పనితీరును మరింత మెరుగుపరచడానికి దట్టమైన SEI ఫిల్మ్.

మేము అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన గ్రాఫైట్ మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉత్పత్తులను కూడా సరఫరా చేస్తాము, వీటిని ఆక్సీకరణ, వ్యాప్తి మరియు ఎనియలింగ్ వంటి వేఫర్ ప్రాసెసింగ్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు.

ప్రపంచం నలుమూలల నుండి వచ్చే కస్టమర్లు ఎవరైనా తదుపరి చర్చ కోసం మమ్మల్ని సందర్శించడానికి స్వాగతం!

https://www.vet-china.com/ ట్యాగ్: