Poiché il materiale di elettrodo negativo a base di silicio avente elevata capacità e il rapporto in peso di capacità di volume, lo sviluppo di elettrodo negativo a base di silicio è il metodo più efficace per migliorare la densità di energia di una batteria agli ioni di litio. Tuttavia, come un materiale attivo, una carica di silicio / ciclo di scarico durante l'inserimento e l'estrazione di litio, variazione di volume di differenza 270% nel ciclo di vita della espansione del volume può portare a: (1) macinazione delle particelle di silicio, e un rivestimento di rame viene separato dal collettore di corrente; (2) un elettrolita solido pellicola (SEI) instabilità durante la pedalata, in modo che l'espansione del volume e della rottura SEI formate continuamente ripetuto, con conseguente guasto della batteria al litio.
processo di compattazione più strettamente a contatto con una fase solida, per migliorare le proprietà di trasporto di elettroni del pezzo polare. Tuttavia, troppo bassa porosità aumenta la resistenza trasporto di ioni di litio, e l'elettrodo / elettrolita resistenza al trasferimento di carica all'interfaccia, deterioramento delle prestazioni tasso. In generale, elettrodi di grafite porosità ottimizzato al 20% -40%, e il deterioramento delle prestazioni dell'elettrodo silicio dopo la compattazione, queste espansioni polari tipicamente il 60% -70% di porosità, elevata porosità volumi in grado di coordinare l'espansione del materiale di silicio, il buffer grave deformazione dei granulati, polveri e rallentare spento. Tuttavia, l'elevata porosità del substrato di silicio di limitare l'elettrodo negativo densità di energia volume. poi, una scheda elettrodo negativo silicio del litio come prepararlo? KarkarZ et al hanno studiato la preparazione di un elettrodo di silicio .
In primo luogo, vengono preparati in modo utilizzando due agitata 80wt% di silicio, 12wt% e 8wt% grafene elettrodo di CMC slurry: (1) SM: disperdere un processo di macinazione convenzionale; (2) RAM: processo in due fasi di dispersione ultrasonica , PH3 primo passo in una soluzione tampone (0,17 metri citrato + 0.07MKOH) ultrasuoni silicio disperdente e CMC, il secondo passo è stato aggiunto fogli di grafene acquosa e la dispersione ultrasonica continuato.
E D mostrato in FIG. 1a per un foglio di grafite, una dispersione RAM ultrasuoni mantenuto alla topografia originale di fogli di grafene, un foglio superiore 10 m, distribuiti in parallelo con il collettore, il rivestimento maggiore porosità, agitando SM foglio di grafene pausa fogli di grafene diversi micrometri lungo. RAM non compattata espansione polare porosità di circa 72%, maggiore di 60% elettrodi SM per silicone due agitazione indifferenziata nano foglio di grafene aventi una buona conduzione elettronica Capacità, dispersione RAM mantiene l'integrità dei fogli di grafene e buone prestazioni di ciclicità della batteria (Figure 3a eb).
Fig.1 Morfologia dell'elettrodo a base di silicio con diversi metodi di agitazione e pressione di compattazione
Poi, hanno studiato l'effetto di compattazione sul porosità dell'elettrodo, e le proprietà elettrochimiche di densità illustrato nella figura 1, dopo la compattazione, la morfologia del foglio di grafene e silicio non cambia significativamente, ma più denso del rivestimento. Il L'elemento polare è stato fabbricato in una semicella per testare le prestazioni elettrochimiche e si può vedere dalla figura 2 che:
(1) aumenta con la pressione di compattazione, l'elettrodo porosità diminuisce, la densità e aumento della capacità volume specifico.
(2) pezzo non compattato palo, RAM porosità di circa 72%, più del 60% della SM dell'elettrodo. Compattazione e l'elettrodo RAM più difficile, una porosità del 35%, necessaria elettrodo RAM pressione 15T / cm2, fintanto che l'espansione polare e SM 5T / cm2. questo è difficile da deformare poiché il foglio di grafene, la RAM tiene struttura piece foglio di grafene polo, più difficile compatto.
(3) in base al volume completamente espansa di 193% di silice litiato calcolare una capacità volumetrica rapporto. Compattazione 20T / cm2, in 34% in volume, oltre il 27% della capacità, RAM, ed elettrodi massimi porosità SM, rispettivamente corrispondenti alla 1300mAh specifica capacità di volume / Cm3, 1400mAh / cm3.
Figura 2 Effetto della pressione di compattazione su (a) elettrodo SM e (b) porosità dell'elettrodo RAM, densità e capacità volumetrica
Figura 3 Prestazioni cicliche degli elettrodi non compatti
Inoltre, hanno anche trovato che il trattamento compattato pezzo polare invecchiamento può migliorare le prestazioni del ciclo. Compattazione pezzo polare, con un adesivo particelle di materiale attivo può rompersi sotto attrito tra le particelle, o addirittura la rottura del legame adesivo stesso, in modo che una molto foglio deteriora stabilità meccanica, screpolature prestazioni del ciclo (fIG. 4a). e il processo di maturazione viene posizionata nella espansioni polari 2 o 3 giorni con un'umidità del 80% per, in questo processo, si verifica la migrazione legante, meglio diffusione sulla superficie delle particelle di materiale attivo, più ristabilire collegato più saldamente Inoltre, corrosione del rame può verificarsi quando indurire la lamina di rame con un legante per formare Cu (OC (= O) -R) 2 chimicamente, aumentare la forza vincolante, così rivestimento inibendo verrà fuori, il trattamento di invecchiamento può essere migliorata stabilità polo pezzi dispersione e prestazioni del ciclo -. compattazione - maturazione espansione polare microstruttura cambiate una vista schematica mostrata in figura 4c, con conseguente compattazione della frattura legante, circolazione scarsa stabilità, mentre indurire la migrazione legante per ristabilire il collegamento, cambiamenti nella microstruttura dell'espansione polare, per migliorare la stabilità meccanica, il rispettivo rendimento ciclo.
Se le espansioni polari del primo trattamento di invecchiamento, e quindi compattato, polare prestazioni del ciclo migliorata, ma l'effetto non era significativo (Fig. 4b). Ciò è dovuto alle espansioni polari migliorati età stabilità meccanica, ma poi distrutto compattazione e appiccicoso collegare agente agglomeranti.
Fig. 4 (a) (b) di compattazione ed effetto polimerizzazione sulle prestazioni ciclo dell'elettrodo e (c) compattazione e maturazione processo schematico evoluzione microstrutturale
Così, per un elettrodo di silicio, per migliorare le caratteristiche del ciclo, l'espansione del volume tampone di silicio, le espansioni polari ad alta porosità, ma al fine di migliorare la densità di energia volumetrica, espansione polare compattato riduzione di spessore polare richiesta durante il trattamento di invecchiamento migliora le espansioni polari elettrodo microstruttura.
