పోరస్ సిలికాన్ కార్బన్ కాంపోజిట్ మెటీరియల్స్ తయారీ మరియు పనితీరు మెరుగుదల

లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ప్రధానంగా అధిక శక్తి సాంద్రత దిశలో అభివృద్ధి చెందుతున్నాయి. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద, సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు లిథియంతో కలిపి లిథియం-రిచ్ ఉత్పత్తి Li3.75Si దశను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇది 3572 mAh/g వరకు నిర్దిష్ట సామర్థ్యంతో ఉంటుంది, ఇది గ్రాఫైట్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ 372 యొక్క సైద్ధాంతిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యం కంటే చాలా ఎక్కువ. mAh/g. అయినప్పటికీ, సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల యొక్క పునరావృత ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ ప్రక్రియలో, Si మరియు Li3.75Si యొక్క దశ పరివర్తన భారీ వాల్యూమ్ విస్తరణను (సుమారు 300%) ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల నిర్మాణ పౌడర్‌కు మరియు నిరంతరం ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. SEI చిత్రం, మరియు చివరకు సామర్థ్యం వేగంగా పడిపోతుంది. పరిశ్రమ ప్రధానంగా సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల పనితీరును మరియు నానో-సైజింగ్, కార్బన్ కోటింగ్, పోర్ ఫార్మేషన్ మరియు ఇతర సాంకేతికతల ద్వారా 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. అవి సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల కోసం పనితీరు మెరుగుదల సంకలనాలుగా ప్రాధాన్యతనిస్తాయి. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాలు సిలికాన్-ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌ల యొక్క ప్రధాన స్రవంతి అభివృద్ధి దిశ. కార్బన్ పూత సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల ఉపరితల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, అయితే 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 సూక్ష్మ పదార్ధాలను తయారు చేయడానికి ఒక పారిశ్రామిక పద్ధతి. మిశ్రమ పదార్థం యొక్క డిజైన్ అవసరాలకు అనుగుణంగా బాల్ మిల్లింగ్ ద్వారా పొందిన స్లర్రీకి వివిధ సంకలనాలు లేదా పదార్థ భాగాలను జోడించవచ్చు. స్లర్రి వివిధ స్లర్రీల ద్వారా సమానంగా చెదరగొట్టబడుతుంది మరియు స్ప్రే-ఎండినది. తక్షణ ఎండబెట్టడం ప్రక్రియలో, నానోపార్టికల్స్ మరియు స్లర్రిలోని 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 సూక్ష్మ పదార్ధాల స్వరూపం మరియు పంపిణీ లక్షణాలను నియంత్రించడం ద్వారా సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాల పనితీరును కూడా మెరుగుపరచవచ్చు. ప్రస్తుతం, సిలికాన్ నానోరోడ్‌లు, పోరస్ గ్రాఫైట్ ఎంబెడెడ్ నానోసిలికాన్, కార్బన్ గోళాలలో పంపిణీ చేయబడిన నానోసిలికాన్, సిలికాన్/గ్రాఫేన్ అర్రే పోరస్ నిర్మాణాలు మొదలైన వివిధ పదనిర్మాణాలు మరియు పంపిణీ లక్షణాలతో కూడిన సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాలు తయారు చేయబడ్డాయి. అదే స్థాయిలో, నానోపార్టికల్స్‌తో పోలిస్తే. , నానోషీట్‌లు వాల్యూమ్ విస్తరణ వల్ల ఏర్పడే క్రషింగ్ సమస్యను మెరుగ్గా అణిచివేస్తాయి మరియు పదార్థం అధిక సంపీడన సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది. నానోషీట్‌ల క్రమరహిత స్టాకింగ్ కూడా పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. సిలికాన్ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ మార్పిడి సమూహంలో చేరడానికి. సిలికాన్ పదార్థాల వాల్యూమ్ విస్తరణ కోసం 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 నిర్మించిన పోరస్ నిర్మాణాలపై నివేదికలు లేవు. ఈ కాగితం పారిశ్రామికంగా వర్తించే బాల్ మిల్లింగ్, గ్రైండింగ్ మరియు డిస్పర్షన్, స్ప్రే డ్రైయింగ్, కార్బన్ ప్రీ-కోటింగ్ మరియు కాల్సినేషన్ పద్ధతులను అవలంబిస్తుంది మరియు సిలికాన్ నానోషీట్‌ల స్వీయ-అసెంబ్లీ ద్వారా ఏర్పడిన పోరస్ సిలికాన్ ఆధారిత నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి తయారీ ప్రక్రియలో పోరస్ ప్రమోటర్‌లను పరిచయం చేస్తుంది. CNTలు. తయారీ ప్రక్రియ సరళమైనది, పర్యావరణ అనుకూలమైనది మరియు వ్యర్థ ద్రవం లేదా వ్యర్థ అవశేషాలు ఉత్పత్తి చేయబడవు. సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాల కార్బన్ పూతపై అనేక సాహిత్య నివేదికలు ఉన్నాయి, అయితే పూత ప్రభావంపై కొన్ని లోతైన చర్చలు ఉన్నాయి. ఈ కాగితం పూత ప్రభావం మరియు సిలికాన్ ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల పనితీరుపై రెండు కార్బన్ పూత పద్ధతుల ప్రభావాలను పరిశోధించడానికి తారును కార్బన్ మూలంగా ఉపయోగిస్తుంది, ద్రవ దశ పూత మరియు ఘన దశ పూత.

1 ప్రయోగం

1.1 మెటీరియల్ తయారీ

పోరస్ సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాల తయారీలో ప్రధానంగా ఐదు దశలు ఉంటాయి: బాల్ మిల్లింగ్, గ్రౌండింగ్ మరియు డిస్పర్షన్, స్ప్రే డ్రైయింగ్, కార్బన్ ప్రీ-కోటింగ్ మరియు కార్బొనైజేషన్. ముందుగా, 500 గ్రా ప్రారంభ సిలికాన్ పౌడర్ (గృహ, 99.99% స్వచ్ఛత), 2000 గ్రా ఐసోప్రొపనాల్‌ను జోడించి, నానో-స్కేల్ సిలికాన్ స్లర్రీని పొందడానికి 24 గంటలకు 2000 r/min బాల్ మిల్లింగ్ వేగంతో వెట్ బాల్ మిల్లింగ్ చేయండి. పొందిన సిలికాన్ స్లర్రీ డిస్పర్షన్ ట్రాన్స్‌ఫర్ ట్యాంక్‌కి బదిలీ చేయబడుతుంది మరియు సిలికాన్ ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తి ప్రకారం పదార్థాలు జోడించబడతాయి: గ్రాఫైట్ (షాంఘైలో ఉత్పత్తి చేయబడినది, బ్యాటరీ గ్రేడ్): కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు (టియాంజిన్‌లో ఉత్పత్తి చేయబడినవి, బ్యాటరీ గ్రేడ్): పాలీవినైల్ పైరోలిడోన్ (ఉత్పత్తి చేయబడింది టియాంజిన్‌లో, విశ్లేషణాత్మక గ్రేడ్) = 40:60:1.5:2. ఐసోప్రొపనాల్ ఘన కంటెంట్‌ను సర్దుబాటు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది మరియు ఘన కంటెంట్ 15% ఉండేలా రూపొందించబడింది. గ్రౌండింగ్ మరియు వ్యాప్తి 4 h కోసం 3500 r / min వ్యాప్తి వేగంతో నిర్వహిస్తారు. CNTలను జోడించకుండా స్లర్రీల యొక్క మరొక సమూహం పోల్చబడుతుంది మరియు ఇతర పదార్థాలు ఒకే విధంగా ఉంటాయి. పొందిన చెదరగొట్టబడిన స్లర్రీని స్ప్రే డ్రైయింగ్ ఫీడింగ్ ట్యాంక్‌కి బదిలీ చేస్తారు మరియు స్ప్రే డ్రైయింగ్ నైట్రోజన్-రక్షిత వాతావరణంలో నిర్వహిస్తారు, ఇన్‌లెట్ మరియు అవుట్‌లెట్ ఉష్ణోగ్రతలు వరుసగా 180 మరియు 90 °C ఉంటాయి. అప్పుడు రెండు రకాల కార్బన్ పూత పోల్చబడింది, ఘన దశ పూత మరియు ద్రవ దశ పూత. ఘన దశ పూత పద్ధతి: స్ప్రే-ఎండిన పొడిని 20% తారు పొడి (కొరియాలో తయారు చేయబడినది, D50 5 μm), మెకానికల్ మిక్సర్‌లో 10 నిమిషాలు కలపాలి మరియు మిక్సింగ్ వేగం 2000 r/min పొందటానికి ముందు పూత పొడి. లిక్విడ్ ఫేజ్ కోటింగ్ పద్ధతి: స్ప్రే-ఎండిన పొడిని జిలీన్ ద్రావణంలో (టియాంజిన్, ఎనలిటికల్ గ్రేడ్‌లో తయారు చేయబడింది) జోడించబడుతుంది, ఇందులో 20% తారు పొడిలో 55% ఘన కంటెంట్‌లో కరిగిపోతుంది మరియు వాక్యూమ్ సమానంగా కదిలిస్తుంది. 85℃ వద్ద వాక్యూమ్ ఓవెన్‌లో 4గం వరకు కాల్చండి, మిక్సింగ్ కోసం మెకానికల్ మిక్సర్‌లో ఉంచండి, మిక్సింగ్ వేగం 2000 r/min, మరియు మిక్సింగ్ సమయం 10 నిమిషాలు ముందుగా పూత పూసిన పొడిని పొందండి. చివరగా, ముందుగా పూత పూసిన పొడిని రోటరీ బట్టీలో నత్రజని వాతావరణంలో 5 ° C/నిమి వేడి రేటుతో లెక్కించారు. ఇది మొదట 550°C స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద 2గం వరకు ఉంచబడింది, తర్వాత 800°C వరకు వేడెక్కడం కొనసాగించబడింది మరియు 2h వరకు స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంచబడుతుంది, ఆపై సహజంగా 100°C కంటే తక్కువకు చల్లబడి సిలికాన్-కార్బన్‌ను పొందేందుకు విడుదల చేయబడింది. మిశ్రమ పదార్థం.

1.2 క్యారెక్టరైజేషన్ పద్ధతులు

పదార్థం యొక్క కణ పరిమాణం పంపిణీ ఒక కణ పరిమాణం టెస్టర్ (మాస్టర్‌సైజర్ 2000 వెర్షన్, UKలో తయారు చేయబడింది) ఉపయోగించి విశ్లేషించబడింది. ప్రతి దశలో పొందిన పౌడర్‌లను ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (రెగ్యులస్ 8220, జపాన్‌లో తయారు చేయబడింది) స్కాన్ చేయడం ద్వారా పౌడర్‌ల యొక్క పదనిర్మాణం మరియు పరిమాణాన్ని పరిశీలించడం ద్వారా పరీక్షించబడింది. మెటీరియల్ యొక్క దశ నిర్మాణం X- రే పౌడర్ డిఫ్రాక్షన్ ఎనలైజర్ (D8 అడ్వాన్స్, జర్మనీలో తయారు చేయబడింది) ఉపయోగించి విశ్లేషించబడింది మరియు ఎనర్జీ స్పెక్ట్రమ్ ఎనలైజర్ ఉపయోగించి పదార్థం యొక్క మౌళిక కూర్పు విశ్లేషించబడింది. పొందిన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం మోడల్ CR2032 యొక్క బటన్ హాఫ్-సెల్ చేయడానికి ఉపయోగించబడింది మరియు సిలికాన్-కార్బన్ యొక్క ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తి: SP: CNT: CMC: SBR 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 డిచ్ఛార్జ్ వోల్టేజ్ పరిధి 0.005-1.5 V, ఛార్జ్ మరియు డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ 0.1 C. (1C = 1A), మరియు డిచ్ఛార్జ్ కట్-ఆఫ్ కరెంట్ 0.05 C.

సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థాల పనితీరును మరింత పరిశోధించడానికి, లామినేటెడ్ చిన్న సాఫ్ట్-ప్యాక్ బ్యాటరీ 408595 తయారు చేయబడింది. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ NCM811 (హునాన్, బ్యాటరీ గ్రేడ్‌లో తయారు చేయబడింది), మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ గ్రాఫైట్ 8% సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థంతో డోప్ చేయబడింది. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ స్లర్రీ ఫార్ములా 96% NCM811, 1.2% పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ (PVDF), 2% వాహక ఏజెంట్ SP, 0.8% CNT, మరియు NMP ఒక డిస్పర్సెంట్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది; ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ స్లర్రీ ఫార్ములా 96% మిశ్రమ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, మరియు నీరు చెదరగొట్టే పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది. కదిలించడం, పూత, రోలింగ్, కట్టింగ్, లామినేషన్, ట్యాబ్ వెల్డింగ్, ప్యాకేజింగ్, బేకింగ్, లిక్విడ్ ఇంజెక్షన్, ఫార్మేషన్ మరియు కెపాసిటీ డివిజన్, 408595 లామినేటెడ్ చిన్న సాఫ్ట్ ప్యాక్ బ్యాటరీలు 3 Ah రేట్ సామర్థ్యంతో తయారు చేయబడ్డాయి. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C మరియు 3C యొక్క రేటు పనితీరు మరియు 0.5C ఛార్జ్ మరియు 1C డిశ్చార్జ్ యొక్క సైకిల్ పనితీరు పరీక్షించబడ్డాయి. ఛార్జ్ మరియు డిచ్ఛార్జ్ వోల్టేజ్ పరిధి 2.8-4.2 V, స్థిరమైన కరెంట్ మరియు స్థిరమైన వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్ మరియు కట్-ఆఫ్ కరెంట్ 0.5C.

2 ఫలితాలు మరియు చర్చ

ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) స్కాన్ చేయడం ద్వారా ప్రారంభ సిలికాన్ పౌడర్ గమనించబడింది. మూర్తి 1(a)లో చూపిన విధంగా, సిలికాన్ పౌడర్ 2μm కంటే తక్కువ కణ పరిమాణంతో సక్రమంగా కణికగా ఉంది. బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత, సిలికాన్ పౌడర్ పరిమాణం గణనీయంగా సుమారు 100 nmకి తగ్గించబడింది [మూర్తి 1(బి)]. కణ పరిమాణం పరీక్షలో బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత సిలికాన్ పౌడర్ యొక్క D50 110 nm మరియు D90 175 nm అని తేలింది. బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత సిలికాన్ పౌడర్ యొక్క పదనిర్మాణ శాస్త్రాన్ని జాగ్రత్తగా పరిశీలించడం వలన ఫ్లాకీ స్ట్రక్చర్ కనిపిస్తుంది (పొరలుగా ఉండే నిర్మాణం యొక్క నిర్మాణం క్రాస్-సెక్షనల్ SEM నుండి మరింత ధృవీకరించబడుతుంది). కాబట్టి, కణ పరిమాణం పరీక్ష నుండి పొందిన D90 డేటా నానోషీట్ యొక్క పొడవు పరిమాణంగా ఉండాలి. SEM ఫలితాలతో కలిపి, పొందిన నానోషీట్ పరిమాణం కనీసం ఒక డైమెన్షన్‌లో ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సమయంలో సిలికాన్ పౌడర్ విచ్ఛిన్నం యొక్క 150 nm యొక్క క్లిష్టమైన విలువ కంటే చిన్నదని నిర్ధారించవచ్చు. స్ఫటికాకార సిలికాన్ యొక్క క్రిస్టల్ ప్లేన్‌ల యొక్క విభిన్న డిస్సోసియేషన్ ఎనర్జీల వల్ల ఫ్లాకీ పదనిర్మాణం ఏర్పడుతుంది, వీటిలో {111} సిలికాన్ విమానం {100} మరియు {110} క్రిస్టల్ ప్లేన్‌ల కంటే తక్కువ డిస్సోసియేషన్ శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, ఈ క్రిస్టల్ ప్లేన్ బాల్ మిల్లింగ్ ద్వారా మరింత సులభంగా పలచబడి, చివరకు పొరలుగా ఉండే నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఫ్లాకీ నిర్మాణం వదులుగా ఉండే నిర్మాణాల సంచితానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది, సిలికాన్ యొక్క వాల్యూమ్ విస్తరణకు స్థలాన్ని నిల్వ చేస్తుంది మరియు పదార్థం యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

నానో-సిలికాన్, CNT మరియు గ్రాఫైట్ కలిగిన స్లర్రీ స్ప్రే చేయబడింది మరియు స్ప్రే చేయడానికి ముందు మరియు తరువాత పొడిని SEM పరిశీలించింది. ఫలితాలు మూర్తి 2లో చూపబడ్డాయి. పిచికారీ చేయడానికి ముందు జోడించిన గ్రాఫైట్ మాతృక 5 నుండి 20 μm [Figure 2(a)] పరిమాణంతో ఒక సాధారణ ఫ్లేక్ నిర్మాణం. గ్రాఫైట్ యొక్క కణ పరిమాణం పంపిణీ పరీక్ష D50 15μm అని చూపిస్తుంది. పిచికారీ చేసిన తర్వాత పొందిన పౌడర్ గోళాకార స్వరూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది [మూర్తి 2(బి)], మరియు గ్రాఫైట్ పిచికారీ చేసిన తర్వాత పూత పొర ద్వారా పూయబడిందని చూడవచ్చు. స్ప్రే చేసిన తర్వాత పొడి D50 26.2 μm. ద్వితీయ కణాల యొక్క పదనిర్మాణ లక్షణాలు SEM ద్వారా గమనించబడ్డాయి, సూక్ష్మ పదార్ధాల ద్వారా సేకరించబడిన వదులుగా ఉండే పోరస్ నిర్మాణం యొక్క లక్షణాలను చూపుతుంది [మూర్తి 2 (సి)]. పోరస్ నిర్మాణం సిలికాన్ నానోషీట్‌లు మరియు CNTలు ఒకదానితో ఒకటి పెనవేసుకొని ఉంటాయి [Figure 2(d)], మరియు పరీక్ష నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం (BET) 53.3 m2/g వరకు ఉంటుంది. అందువల్ల, స్ప్రే చేసిన తర్వాత, సిలికాన్ నానోషీట్లు మరియు CNTలు స్వీయ-సమీకరించి పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.

పోరస్ పొర ద్రవ కార్బన్ పూతతో చికిత్స చేయబడింది మరియు కార్బన్ పూత పూర్వగామి పిచ్ మరియు కార్బొనైజేషన్ జోడించిన తర్వాత, SEM పరిశీలన నిర్వహించబడింది. ఫలితాలు మూర్తి 3లో చూపబడ్డాయి. కార్బన్ ప్రీ-కోటింగ్ తర్వాత, ద్వితీయ కణాల ఉపరితలం మృదువైనది, స్పష్టమైన పూత పొరతో, మరియు పూత పూర్తయింది, బొమ్మలు 3(a) మరియు (b)లో చూపబడింది. కార్బొనైజేషన్ తర్వాత, ఉపరితల పూత పొర మంచి పూత స్థితిని నిర్వహిస్తుంది [మూర్తి 3(సి)]. అదనంగా, క్రాస్-సెక్షనల్ SEM చిత్రం స్ట్రిప్-ఆకారపు నానోపార్టికల్స్ [Figure 3(d)]ని చూపుతుంది, ఇది నానోషీట్‌ల యొక్క పదనిర్మాణ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత సిలికాన్ నానోషీట్‌ల ఏర్పాటును మరింత ధృవీకరిస్తుంది. అదనంగా, కొన్ని నానోషీట్‌ల మధ్య ఫిల్లర్లు ఉన్నాయని మూర్తి 3(డి) చూపిస్తుంది. ఇది ప్రధానంగా లిక్విడ్ ఫేజ్ కోటింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం వల్ల వస్తుంది. తారు ద్రావణం పదార్థంలోకి చొచ్చుకుపోతుంది, తద్వారా అంతర్గత సిలికాన్ నానోషీట్ల ఉపరితలం కార్బన్ పూత రక్షణ పొరను పొందుతుంది. అందువల్ల, లిక్విడ్ ఫేజ్ కోటింగ్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, ద్వితీయ కణ పూత ప్రభావాన్ని పొందడంతో పాటు, ప్రాధమిక కణ పూత యొక్క డబుల్ కార్బన్ కోటింగ్ ప్రభావాన్ని కూడా పొందవచ్చు. కార్బోనైజ్డ్ పౌడర్ BET ద్వారా పరీక్షించబడింది మరియు పరీక్ష ఫలితం 22.3 m2/g.

కార్బొనైజ్డ్ పౌడర్ క్రాస్-సెక్షనల్ ఎనర్జీ స్పెక్ట్రమ్ అనాలిసిస్ (EDS)కి లోబడి ఉంది మరియు ఫలితాలు మూర్తి 4(a)లో చూపబడ్డాయి. మైక్రాన్-పరిమాణ కోర్ C భాగం, గ్రాఫైట్ మాతృకకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు బయటి పూత సిలికాన్ మరియు ఆక్సిజన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. సిలికాన్ యొక్క నిర్మాణాన్ని మరింత పరిశోధించడానికి, ఒక X- రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD) పరీక్ష నిర్వహించబడింది మరియు ఫలితాలు మూర్తి 4(b)లో చూపబడ్డాయి. పదార్థం ప్రధానంగా గ్రాఫైట్ మరియు సింగిల్-క్రిస్టల్ సిలికాన్‌తో కూడి ఉంటుంది, స్పష్టమైన సిలికాన్ ఆక్సైడ్ లక్షణాలు లేవు, శక్తి స్పెక్ట్రం పరీక్షలోని ఆక్సిజన్ భాగం ప్రధానంగా సిలికాన్ ఉపరితలం యొక్క సహజ ఆక్సీకరణ నుండి వస్తుందని సూచిస్తుంది. సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం S1గా నమోదు చేయబడింది.

సిద్ధం చేయబడిన సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం S1 బటన్-రకం సగం-కణ ఉత్పత్తి మరియు ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ పరీక్షలకు లోబడి ఉంది. మొదటి ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ కర్వ్ మూర్తి 5లో చూపబడింది. రివర్సిబుల్ నిర్దిష్ట సామర్థ్యం 1000.8 mAh/g, మరియు మొదటి సైకిల్ సామర్థ్యం 93.9% వరకు ఎక్కువగా ఉంది, ఇది చాలా సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాల మొదటి సామర్థ్యం కంటే ఎక్కువ. లిథియేషన్ సాహిత్యంలో నివేదించబడింది. అధిక మొదటి సామర్థ్యం సిద్ధమైన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం అధిక స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉందని సూచిస్తుంది. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాల స్థిరత్వంపై పోరస్ నిర్మాణం, వాహక నెట్‌వర్క్ మరియు కార్బన్ పూత యొక్క ప్రభావాలను ధృవీకరించడానికి, రెండు రకాల సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాలు CNT జోడించకుండా మరియు ప్రాధమిక కార్బన్ పూత లేకుండా తయారు చేయబడ్డాయి.

CNTని జోడించకుండా సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క కార్బోనైజ్డ్ పౌడర్ యొక్క స్వరూపం మూర్తి 6లో చూపబడింది. ద్రవ దశ పూత మరియు కార్బొనైజేషన్ తర్వాత, మూర్తి 6(a)లోని ద్వితీయ కణాల ఉపరితలంపై పూత పొరను స్పష్టంగా చూడవచ్చు. కార్బోనైజ్డ్ మెటీరియల్ యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ SEM మూర్తి 6(బి)లో చూపబడింది. సిలికాన్ నానోషీట్‌ల స్టాకింగ్ పోరస్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు BET పరీక్ష 16.6 m2/g. అయినప్పటికీ, CNTతో పోలిస్తే [Figure 3(d)లో చూపిన విధంగా, దాని కార్బోనైజ్డ్ పౌడర్ యొక్క BET పరీక్ష 22.3 m2/g], అంతర్గత నానో-సిలికాన్ స్టాకింగ్ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది CNT యొక్క జోడింపు ప్రోత్సహించగలదని సూచిస్తుంది. పోరస్ నిర్మాణం ఏర్పడటం. అదనంగా, పదార్థం CNT ద్వారా నిర్మించిన త్రిమితీయ వాహక నెట్‌వర్క్‌ను కలిగి లేదు. సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం S2గా నమోదు చేయబడింది.

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

బటన్-రకం హాఫ్-సెల్ ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ పరీక్ష S2 మరియు S3లో 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%. సాలిడ్-ఫేజ్ కోటెడ్ S3 నమూనా యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మొదటి సామర్థ్యం అత్యల్పంగా ఉన్నాయి, ఇది పోరస్ నిర్మాణం యొక్క కార్బన్ పూత మాత్రమే నిర్వహించబడిందని సూచిస్తుంది మరియు అంతర్గత సిలికాన్ నానోషీట్‌ల యొక్క కార్బన్ పూత ప్రదర్శించబడలేదు, ఇది పూర్తి ఆటను అందించలేకపోయింది. సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థం యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యానికి మరియు సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థం యొక్క ఉపరితలాన్ని రక్షించలేకపోయింది. CNT లేకుండా S2 నమూనా యొక్క మొదటి సామర్థ్యం CNTని కలిగి ఉన్న సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం కంటే తక్కువగా ఉంది, ఇది మంచి పూత పొర ఆధారంగా, వాహక నెట్‌వర్క్ మరియు అధిక స్థాయి పోరస్ నిర్మాణం అభివృద్ధికి అనుకూలంగా ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం యొక్క ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ సామర్థ్యం.

S1 సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం రేటు పనితీరు మరియు సైకిల్ పనితీరును పరిశీలించడానికి ఒక చిన్న సాఫ్ట్-ప్యాక్ పూర్తి బ్యాటరీని తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడింది. ఉత్సర్గ రేటు వక్రరేఖ మూర్తి 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% ఎక్కువగా ఉంది, కానీ 2C ఉత్సర్గ రేటు 73.3%కి పడిపోతుంది మరియు 3C ఉత్సర్గ రేటు 34.4%కి పడిపోతుంది. సిలికాన్ ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ మార్పిడి సమూహంలో 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, మూర్తి 8(b)లో ఛార్జింగ్ వక్రరేఖను గమనిస్తే, 2C ఛార్జింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్ 1C ఛార్జింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్ కంటే చాలా పెద్దది మరియు దాని స్థిరమైన వోల్టేజ్ ఛార్జింగ్ సామర్థ్యం చాలా వరకు (55%) కలిగి ఉంటుంది, ఇది 2C పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీ యొక్క ధ్రువణాన్ని సూచిస్తుంది. ఇప్పటికే చాలా పెద్దది. సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థం 1C వద్ద మంచి ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ పనితీరును కలిగి ఉంది, అయితే అధిక రేటు పనితీరును సాధించడానికి పదార్థం యొక్క నిర్మాణ లక్షణాలను మరింత మెరుగుపరచాలి. మూర్తి 9లో చూపినట్లుగా, 450 చక్రాల తర్వాత, సామర్థ్య నిలుపుదల రేటు 78%, ఇది మంచి సైకిల్ పనితీరును చూపుతుంది.

చక్రానికి ముందు మరియు తర్వాత ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితల స్థితి SEM ద్వారా పరిశోధించబడింది మరియు ఫలితాలు మూర్తి 10లో చూపబడ్డాయి. చక్రం ముందు, గ్రాఫైట్ మరియు సిలికాన్-కార్బన్ పదార్థాల ఉపరితలం స్పష్టంగా ఉంటుంది [మూర్తి 10(a)]; చక్రం తర్వాత, ఉపరితలంపై ఒక పూత పొర స్పష్టంగా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది [మూర్తి 10(బి)], ఇది మందపాటి SEI ఫిల్మ్. SEI ఫిల్మ్ కరుకుదనం చురుకైన లిథియం వినియోగం ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది సైకిల్ పనితీరుకు అనుకూలం కాదు. అందువల్ల, మృదువైన SEI ఫిల్మ్ (కృత్రిమ SEI ఫిల్మ్ నిర్మాణం, తగిన ఎలక్ట్రోలైట్ సంకలితాలను జోడించడం మొదలైనవి) ఏర్పడటాన్ని ప్రోత్సహించడం సైకిల్ పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది. చక్రం తర్వాత సిలికాన్-కార్బన్ కణాల క్రాస్-సెక్షనల్ SEM పరిశీలన [Figure 10(c)] అసలు స్ట్రిప్-ఆకారపు సిలికాన్ నానోపార్టికల్స్ ముతకగా మారాయని మరియు పోరస్ నిర్మాణం ప్రాథమికంగా తొలగించబడిందని చూపిస్తుంది. ఇది ప్రధానంగా సైకిల్ 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 కాగితం సిలికాన్ నానోషీట్‌ల యొక్క పదనిర్మాణ ఆకృతి, పోరస్ నిర్మాణ నిర్మాణం, వాహక నెట్‌వర్క్ నిర్మాణం మరియు మొత్తం ద్వితీయ కణాల పూర్తి కార్బన్ పూత నుండి లక్ష్య మెరుగుదలలను చేస్తుంది. , మొత్తంగా సిలికాన్ ఆధారిత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి. సిలికాన్ నానోషీట్‌ల సంచితం పోరస్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. CNT పరిచయం పోరస్ నిర్మాణాన్ని మరింత ప్రోత్సహిస్తుంది. లిక్విడ్ ఫేజ్ పూత ద్వారా తయారు చేయబడిన సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం ఘన దశ పూతతో తయారు చేయబడిన దాని కంటే డబుల్ కార్బన్ కోటింగ్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు అధిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు మొదటి సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. అదనంగా, సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క మొదటి సామర్థ్యం CNT లేని దానికంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ప్రధానంగా సిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాల వాల్యూమ్ విస్తరణను తగ్గించడానికి పోరస్ నిర్మాణం యొక్క అధిక స్థాయి సామర్థ్యం కారణంగా ఉంది. CNT పరిచయం త్రిమితీయ వాహక నెట్‌వర్క్‌ను నిర్మిస్తుంది, సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాల వాహకతను మెరుగుపరుస్తుంది మరియు 1C వద్ద మంచి రేటు పనితీరును చూపుతుంది; మరియు పదార్థం మంచి చక్రం పనితీరును చూపుతుంది. అయినప్పటికీ, సిలికాన్ యొక్క వాల్యూమ్ విస్తరణకు తగినంత బఫర్ స్థలాన్ని అందించడానికి మరియు మృదువైన ఏర్పాటును ప్రోత్సహించడానికి పదార్థం యొక్క పోరస్ నిర్మాణాన్ని మరింత బలోపేతం చేయాలి.మరియు సిలికాన్-కార్బన్ మిశ్రమ పదార్థం యొక్క చక్ర పనితీరును మరింత మెరుగుపరచడానికి దట్టమైన SEI ఫిల్మ్.

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

తదుపరి చర్చ కోసం మమ్మల్ని సందర్శించడానికి ప్రపంచం నలుమూలల నుండి ఏవైనా కస్టమర్‌లకు స్వాగతం!

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