Le développement continu de haute énergie spécifique de sorte que l'application de la batterie au lithium-ion est devenu la tendance de l'électrode négative de silicium, bien que d'un matériau d'électrode négative de grande capacité est une énergie spécifique de Si d'une batterie au lithium-ion fait un saut qualitatif, mais entraîne également jusqu'à 300% en volume élargi, il sera non seulement provoquer une poudre de matériau d'électrode négative hors tension, l'interface affecte aussi la stabilité de l'électrode négative, entraînant le mécanisme baisse continue vers le bas de la capacité d'affichage, l'anode de silicium baisse vers le bas principalement sous deux formes dans le cycle: « partiel échec « et » « mode principalement en raison des particules de Si perdent la connexion au réseau conducteur, ce qui ne participe à la charge et de la réaction de décharge, » l'échec global « » partiellement efficaces échec global « principalement en raison de l'énorme volume de silicium dans l'électrode négative gonflé, entraînant la pulvérisation du matériau de la perte de matière active due.
Volume d'expansion de l'électrode négative d'une solution de silicium peut être divisé en deux catégories: 1) pour surmonter l'expansion du volume de Si de l'électrode négative en utilisant une meilleure performance adhesive, de réduire la poudre de silicium dans le cycle négatif de l'alimentation hors phénomène; 2) les matériaux composites et nano-structurés, de réduire l'expansion du volume au cours de la circulation dans l'électrode négative Si, comme dendritique nouveau composite Si-C, Si alcényle nouveaux matériaux.
La sélection du liant est un moyen important pour améliorer la performance du cycle négatif du silicium, un bon adhésif peut réduire de manière significative la poudre de silicium à partir de matériaux tels que l'électrode négative lors de problèmes de cyclisme, d'améliorer la stabilité de l'interface de l'électrode. Cependant, nous avons ignore souvent les effets du procédé de préparation de l'électrode négative du silicium - processus d'homogénéisation, laminage, d'après l'étude Z. Karkar Université de Nantes, France et autres de l'étape d'homogénéisation «personnes processus peut améliorer de manière significative l'uniformité de l'électrode , pour améliorer la stabilité de l'électrode, et le processus de laminage rompt le pont d'adhérence entre les particules négatives, afin de réduire la résistance mécanique de l'électrode, mais l'électrode après le laminage sous de la vieillissement »certaines conditions d'humidité peuvent considérablement après quelques jours améliorer la répartition du liant de l'électrode négative, pour améliorer la résistance mécanique de l'électrode, ce qui améliore le rendement du cycle de la batterie.
Z. Karkar formulation d'anode de silicium utilisé 80% de Si, 12% d'un agent conducteur et 8% de CMC, et le groupe fonctionnel est -OH PH CMC et homogénéisés dans du tampon 3 (surface de la particule de Si peut être favorisée en -COOH groupe fonctionnel capable d'interagir, une meilleure cohésion) ci-dessous montre un homogénéisateur à deux modes (1) homogénat standard (SM), à savoir, toutes les substances ajoutées ensemble homogénat; 2) l'étape d'homogénéisation (RAM), à savoir, d'abord un matériau de Si et de la colle CMC homogénéisé, homogénéisation agent conducteur) et une image SEM d'une électrode différente de l'enroulement de la pression a ensuite été ajouté. à partir de la figure, nous pouvons voir l'étape homogénats électrode, agent conducteur GM15 feuille présente également un état parallèle les unes aux autres, la structure plus ordonnée de l'électrode est élevée, plus la porosité.
La porosité du mélange de deux types d'électrodes ci-dessous montre le mode de réalisation de la compactée à des pressions différentes, les variations de densité de l'électrode et la capacité volumétrique de la courbe, la comparaison des deux électrodes de données peuvent être notées, préparé méthode « étape d'homogénéisation » d'une électrode nettement supérieure à la porosité de l'électrode préparée par le procédé d'homogénat standard « (72% et 60%, respectivement). préparation du procédé d'homogénéisation d'électrode standard de laminage plus facile, afin de parvenir à ce que la porosité de l'électrode de 35%, » étape l'homogénat 'procédé de préparation de l'électrode nécessite une pression de 15 tonnes / cm2, mais le homogénat standard « électrode préparée par le procédé ne nécessite qu'une pression de 5 tonnes / cm2 (à la pression maximale, » étape d'homogénéisation « et » homogénat norme « capacité volumétrique maximale de l'électrode préparée par le procédé et 1300 respectivement 1400mAh / cm3, ce qui est environ 2,5 fois l'électrode négative de graphite).
courbes de performance de cycle de différentes quantités de revêtement de l'électrode préparée par homogénéisation ci-dessous montre deux types de méthodes, peut être vu de la figure à une quantité de revêtement inférieur de 1,8 mg / cm2, la différence entre les deux méthodes n'est pas grande, mais dans le 2.6mg / cm2 ou plus lorsque la quantité de revêtement, l'électrode préparée par « pas à pas homogénéisée » (la RAM) est significativement meilleure que les électrodes préparées méthode (SM) « homogénats standard ». Z. Karkar que pour les deux une électrode préparée par le procédé, il y a une « limite de la quantité de revêtement », après que la quantité de revêtement dépasse cette capacité sera diminuer de manière significative vers le bas électrode d'accélération, mais la limite de quantité de revêtement en utilisant des électrodes préparées RAM à une procédure d'homogénéisation significativement plus élevée Electrode préparée par SM méthode d'homogénéisation.
Dans ce processus, nous avons aussi découvert un phénomène intéressant (le c et d suivant), l'électrode après laminage sous la condition de l'humidité certaine après le « vieillissement » période de temps, peut améliorer considérablement les performances du cycle de l'électrode. La cause première de ce phénomène est que le liant dans l'électrode migre de la surface des particules de Si vers les jonctions entre les particules pendant le «durcissement», augmentant ainsi significativement la résistance globale de l'électrode tout en roulant procédé provoque des fissures dans la feuille de cuivre oxydé, en formant ainsi un Cu (OC (= O) -R) 2 de sorte que la liaison entre la feuille de cuivre et le liant, de sorte que la résistance entre l'électrode négative et la feuille de cuivre améliorée de manière significative en Sous la double action décrite ci-dessus, la résistance mécanique de l'électrode négative est améliorée et la performance du cycle est améliorée.
Nous le savons, l'anode Si augmente la densité de compactage causée par la performance de la circulation a diminué, combinée avec les résultats d'analyse ci-dessus de SEM, Z. Karkar pense que la raison entraînant l'augmentation de la pression négative Si comme le cycle de roulement de la dégradation des performances, et des particules de Si ne sont pas brisées lors du laminage (image SEM n'a pas été observée débris particulaires significative Si), mais les électrodes pendant le processus de déformation, les particules de liant entre le pont est rompu, ce qui entraîne une résistance mécanique globale de l'électrode négative diminué tandis que la « maturation » roulant processus pour restaurer le liant peut être une bonne structure est détruite pendant le laminage, ce qui améliore le rendement du cycle de l'électrode.
La figure suivante illustre les électrodes de roulement vieilli "passes (1.96mg / cm2, épaisseur 19um, porosité 33%) par expansion de volume au cours du cycle, il peut être vu de la figure électrode dans une première opération d'insertion de lithium l'expansion du volume maximum pouvant atteindre 258%, voire 193%, ce qui est même supérieure à la valeur théorique, à une épaisseur de la première décharge expansion volumétrique irréversible d'environ 40%, principalement parce que le film SEI surface formée des muscles abdominaux. comme le cycle d'expansion maximale de l'électrode diminue progressivement, atteint 220% au quatrième, mais l'expansion du volume irréversible de l'électrode a continué d'augmenter.
Z. Karkar processus homogénats études montrent un effet significatif sur la structure et la stabilité de l'électrode négative en Si, en utilisant la « étape homogénéisé » structure d'électrodes plus homogène préparée RAM, une porosité plus élevée, et donc un meilleur stabilité en cyclage va détruire le liant aqueux (CMC) dans la structure d'électrode dans le processus de laminage, mais en effectuant le « vieilli » à un certain taux d'humidité peut être restauré et un liant d'électrode négative Si la structure, de manière à améliorer la stabilité de la structure d'une électrode après laminage, pour améliorer les performances du cycle de la batterie.