Etant donné que le matériau d'électrode négative à base de silicium ayant une grande capacité et le rapport pondéral de la capacité de volume, le développement de l'électrode négative à base de silicium est le procédé le plus efficace pour améliorer la densité d'énergie d'une batterie au lithium-ion. Cependant, en tant que matériau actif, une charge de silicium / cycle de décharge lors de l'insertion et l'extraction de lithium, le changement de volume à la différence de 270% dans le cycle de vie de l'expansion de volume peut conduire à: (1) broyage des particules de silicium, et un revêtement de cuivre est séparé du collecteur de courant, (2) un film d'électrolyte solide (SEI) Instabilité au cours du cycle, l'expansion du volume provoque la rupture du SEI et la formation répétitive, ce qui entraîne une défaillance de la batterie lithium-ion.
Procédé de compactage sera plus étroitement en contact avec une phase solide, pour améliorer les propriétés de transport d'électrons de la pièce polaire. Cependant, une trop faible porosité augmente la résistance au transport des ions lithium, et l'interface électrode / électrolyte chargé résistance au transfert, la détérioration de la performance du taux. En général, la porosité de l'électrode de graphite optimisé pour 20% à 40%, et la détérioration de la performance de l'électrode de silicium après le compactage, ces pièces polaires typiquement 60% de porosité -70%, de haute porosité volumique capable de coordonner l'expansion du matériau de silicium, le tampon déformation sévère des granulés, des poudres et ralentir hors tension. Cependant, la porosité élevée du substrat de silicium afin de limiter la densité d'énergie de volume d'électrode négative. ensuite, une languette d'électrode de silicium négative du lithium comment la préparer? KarkarZ et al ont étudié la préparation d'une électrode de silicium .
D'abord, elles sont préparées d'une manière en utilisant deux sous agitation 80% en poids de silicium, 12% en poids et 8% en poids électrode de graphène de suspension CMC: (1) SM: la dispersion d'un procédé de broyage classique, (2) RAM: procédé en deux étapes de dispersion à ultrasons , PH3 première étape dans une solution tampon (citrate 0,17 M + 0.07MKOH) de silicium de dispersion à ultrasons et la CMC, la deuxième étape, on ajoute des feuilles de graphène aqueuses et dispersion ultrasonique continué.
Et D représenté à la Fig. 1a, pour une feuille de graphite, une mémoire vive de dispersion à ultrasons maintenue à la topographie initiale des feuilles de graphène, une feuille supérieure à 10 m, distribué en parallèle avec le collecteur, la porosité de la couche supérieure, tout en agitant SM rupture de feuille de graphène feuilles de graphène quelques micromètres de long. de la porosité de la pièce polaire de RAM non compacté d'environ 72%, plus de 60% des électrodes de SM pour feuille de nano indifférencié de silicium deux d'agitation de graphène ayant une bonne conduction électronique La capacité, la dispersion RAM maintient l'intégrité de la feuille de graphène, et la performance de cycle de la batterie est bonne (figures 3a et b).
Fig.1 Morphologie de l'électrode à base de silicium sous différentes méthodes d'agitation et pression de compactage
Ensuite, ils ont étudié l'effet du compactage de la porosité de l'électrode, et les propriétés électrochimiques de la densité de la figure 1, après le compactage, la morphologie de la feuille de graphène et de silicium ne change pas de manière significative, mais plus dense du revêtement. La La pièce polaire a été fabriquée en une demi-cellule pour tester les performances électrochimiques, on peut voir sur la figure 2 que:
(1) Lorsque la pression de compactage augmente, la porosité de l'électrode diminue, la densité augmente et la capacité spécifique volumétrique augmente.
(2) pièce polaire non compactée, la porosité de la RAM d'environ 72%, supérieure à 60% de l'électrode SM. Compaction et l'électrode de RAM plus difficile, une porosité de 35%, nécessaire électrode de RAM pression 15T / cm2, aussi longtemps que la pièce polaire et SM 5T / cm2. il est difficile de se déformer car la feuille de graphène, la RAM maintien de la structure de la feuille de pièce polaire de graphène, plus difficiles à compacter.
(3) en fonction du volume entièrement expansé de 193% de silice lithié calculer un rapport capacité de volume. Compaction 20T / cm2, dans 34% en volume, plus de 27% de la capacité maximale, la RAM, et des électrodes de porosité SM, correspondant respectivement à la 1300mAh de capacité spécifique en volume / Cm3, 1400mAh / cm3.
Figure 2 Influence de la pression de compactage sur (a) l'électrode SM et (b) porosité de l'électrode RAM, densité et capacité volumétrique
Figure 3 Performance cyclique des électrodes non compactées
En outre, ils ont également constaté que le traitement de vieillissement pièce polaire compacté peut améliorer les performances du cycle. Pièce polaire compaction, avec un particules de matériau actif d'adhésif peut se rompre sous la friction entre les particules, ou même casser la liaison adhésive elle-même, de sorte qu'un très feuille détériore la stabilité mécanique, la fissuration performance du cycle (fig. 4a). et le processus de maturation est placé dans les pièces polaires 2 à 3 jours à une humidité de 80% pour, dans ce processus, la migration du liant se produit, mieux propagation sur la surface de particules de matière active, plus Rétablir plus fermement connecté en outre, la corrosion du cuivre peut se produire lorsque le durcissement de la feuille de cuivre avec un liant pour former Cu (OC (= O) -R) 2 chimiquement, augmenter la force de liaison, ainsi revêtement inhibiteur se détache, le traitement de vieillissement peut être amélioré la stabilité de la dispersion des pièces polaires et le rendement du cycle. - compactage - maturation microstructure de la pièce polaire changer une vue schématique représentée sur la figure 4c, ce qui entraîne un compactage de la fracture de liant, la circulation une mauvaise stabilité, tandis que le durcissement de la migration de liant pour rétablir la connexion, les changements dans la microstructure de la pièce polaire, afin d'améliorer la stabilité mécanique, la performance du cycle respectif.
Si les pièces polaires du premier traitement de vieillissement, puis la performance pièce polaire cycle de compactage, l'amélioration, mais l'effet n'a pas été significative (fig. 4b). Ceci est dû aux pièces polaires améliorées âgées stabilité mécanique, mais détruit le compactage et collant La connexion du noeud.
La Fig. 4 (a) (b) le compactage et le durcissement d'effet sur la performance du cycle de l'électrode et (c) le processus de compactage et de maturation schématique évolution de la microstructure
Ainsi, pour une électrode de silicium, pour améliorer les caractéristiques de cycle, l'expansion du volume de la mémoire tampon de silicium, les pièces polaires à porosité élevée, mais dans le but d'améliorer la densité d'énergie volumétrique, pièce pièce réduction d'épaisseur pôle de pôle compactée nécessaire pendant le traitement de vieillissement améliore les pièces polaires Microstructure d'électrode.
