Da das siliziumbasierte negative Elektrodenmaterial eines hohe Kapazität und das Gewichtsverhältnis von Volumenkapazität aufweist, ist die Entwicklung von siliziumbasierten negativer Elektrode die wirksamste Methode, die Energiedichte einer Lithiumionen-Batterie zu verbessern. Jedoch, als aktives Material, einem Silizium-Lade- / Entladezyklus beim Einfügen und Extrahieren von Lithium, Volumenänderung auf 270% Differenz im Lebenszyklus der Volumenexpansion kann führen: (1) die Siliziumpartikel Mahle und eine Beschichtung aus Kupfer wird aus dem Stromkollektor getrennt, (2) ein Festelektrolyt (SEI) -Film Instabilitäten während des Zyklus, so dass das Volumen Expansion und Bruch SEI wieder ständig wiederholt gebildet wird, zu einem Versagen der Batterie Lithium-Ionen zur Folge hat.
Verdichtungsverfahren wird näher in Kontakt mit einer festen Phase, die Elektronentransporteigenschaften des Polstücks zu verbessern. Jedoch eine zu geringe Porosität wird den Transportwiderstand von Lithium-Ionen zu erhöhen, und die Elektrode / Elektrolyt-Grenzfläche Ladungsübertragungswiderstand, eine Verschlechterung der Geschwindigkeitsleistung. Generell Graphitelektrode Porosität auf 20% bis 40% optimiert ist, und die Siliziumelektrode einer Leistungsverschlechterung nach der Verdichtung, wobei diese Polteile typischerweise 60% -70% Porosität, hohe Volumenporosität Lage ist, die Expansion des Siliziummaterials Koordinieren des Puffer starke Verformung der Granulate, Pulver und langsam ab. jedoch ist die hohe Porosität des Siliziumsubstrats der negativen Elektrode Volumenenergiedichte zu begrenzen. dann wird eine Silizium-negativen Elektrodenstreifen des Lithiums, wie es zur Herstellung von? KarkarZ et al die Herstellung einer Siliziumelektrode studiert .
Erstens sind sie in einer Weise hergestellt, zwei gerührte 80 Gew% Silizium verwendet wird, 12wt% und 8 Gew% Graphitelektrode von CMC-Aufschlämmung: (1) SM: ein herkömmlichen Fräsverfahren Dispergieren, (2) RAM: Zwei-Schritt-Prozess der Ultraschalldispersion , PH3 erster Schritt in einer Pufferlösung (0,17 M Citrat + 0.07MKOH) Ultraschall-Dispergiervorrichtung Silizium und das CMC wurde der zweite Schritt wässrige Graphenschichten und Ultraschalldispergierung weiterhin zugegeben.
Und d in Fig. 1a für eine Graphitschicht, eine Ultraschalldispersion RAM gehalten auf die ursprüngliche Topographie Graphenlagen, ein Blatt mehr als 10 m, verteilte parallel mit dem Kollektor, wobei die Beschichtung Porosität höher unter Rühren SM Graphenschicht Bruch gezeigt Graphenlagen mehr Mikrometer lang. unkompaktierten RAM Polstück Porosität von etwa 72%, mehr als 60% SM-Elektroden für zwei Silizium-Agitations undifferenzierte Nanographenschicht eine gute elektronische Leitfähigkeit aufweisen, Fähigkeit, RAM-Dispersion bewahrt die Integrität von Graphenfolien und gute Batterieleistung (Abbildungen 3a und b).
Abb.1 Morphologie der Elektrode auf Siliziumbasis unter verschiedenen Rührarten und Verdichtungsdruck
Dann untersuchten sie die Wirkung der Verdichtung auf der Porosität der Elektrode und elektrochemischen Eigenschaften der Dichte in 1 gezeigt ist, nach der Verdichtung, die Morphologie der Graphitlage und Silicium nicht wesentlich ändert, aber die dichtere Beschichtung. Die Das Polstück wurde zu einer Halbzelle hergestellt, um die elektrochemische Leistung zu testen. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass:
(1) Mit zunehmendem Verdichtungsdruck nimmt die Porosität der Elektrode ab, die Dichte nimmt zu und die volumetrische spezifische Kapazität nimmt zu.
(2) Nicht-kompaktierte Polstück, RAM Porosität von etwa 72%, mehr als 60% der SM-Elektrode. Kompaktierung und RAM Elektrode schwieriger, eine Porosität von 35%, erforderlich RAM Elektrode 15T / cm2 Druck, solange das Polstück und SM Dies ist so, weil die Graphenfolie schwierig zu verformen ist und die RAM-Polfolie die Graphenfolienstruktur beibehält und kompakter ist.
(3) basierend auf voll expandierten Volumen von 193% lithiierten Siliciumdioxid eine Volumenkapazität Verhältnis berechnet wird. 20T / cm2 Verdichtung, in 34 Vol%, mehr als 27% der maximalen Kapazität, RAM und SM Porosität Elektroden, die jeweils das Volumen spezifische Kapazität 1300 mAh / Cm3, 1400 mAh / cm3.
Fig. 2 Wirkung des Verdichtungsdrucks auf (a) SM-Elektrode und (b) RAM-Elektrodenporosität, Dichte und volumetrische Kapazität
Abbildung 3 Zyklische Leistung von nicht kompaktierten Elektroden
Ferner fanden sie auch, dass die Alterungsbehandlung kompaktiert Polstück die Zyklusleistung Verdichtungs Polstück mit einem Klebstoff unter Reibung zwischen den Partikeln aus aktivem Material verbessern., Partikeln brechen können oder sogar die Klebverbindung selbst brechen, so dass ein sehr Blatt verschlechtert mechanische Stabilität, Zyklusleistung Cracken (Fig. 4a). und der Reifeprozess wird in den Polstücken 2 bis 3 Tage bei einer Luftfeuchtigkeit von 80% für die in diesem Verfahren gegeben, die Bindemittelmigration auftritt, bessere Ausbreitung auf der Oberfläche der aktiven Materialpartikel, mehr wieder herstellen fester ferner verbunden, kann die Kupferkorrosion auftreten, wenn die Kupferfolie mit einem Bindemittel härtende Cu (OC (= O) -R) 2 chemisch, erhöhen Bindekraft zu bilden, somit hemmende Beschichtung abgehen wird, kann die Alterungsbehandlung Polstücke Dispersionsstabilität und die Zyklusleistung verbessert werden. - Kompaktierung - Reifungs Polstück Mikrostruktur eine schematische Ansicht in 4c gezeigt ändern, in der Verdichtung der Bindemittel Fraktur, Circulation Die Stabilität verschlechtert sich, und wenn das Bindemittel während des Härtens wandert, wird die Verbindung wieder hergestellt, die Mikrostruktur des Polstücks ändert sich, die mechanische Stabilität wird verbessert und die entsprechende Zyklusleistung wird verbessert.
Wenn die Polstücke der ersten Alterungsbehandlung und dann verdichtet, Stück verbesserte Zyklusleistung pole, aber der Effekt war nicht signifikant (Fig. 4b). Dies ist aufgrund der verbesserten Polstücke mechanische Stabilität gealtert, aber dann zerstört Kompaktierung und sticky Die Verbindung des Knotens.
Abbildung 4 (a) (b) Auswirkungen von Verdichtung und Aushärtung auf die Zyklusleistung der Elektrode und (c) Schematische Darstellung der Mikrostrukturentwicklung während der Verdichtung und Reifung
Somit kann für eine Siliziumelektrode, die Zykluseigenschaften zu verbessern, die Puffervolumenexpansion des Siliciums, um die Polstücke hohe Porosität, aber um die volumetrische Energiedichte, kompaktiert Polstück Polstück Dickenreduzierung zu verbessern während der Alterungsbehandlung erforderlich verbessert die Polstücke Elektrodenmikrostruktur.
