실리콘계 음극 재료는 높은 용량과 부피 용량의 중량비를 갖는 때문에, 실리콘계 음극의 개발은 리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 향상시키는 가장 효과적인 방법이다. 그러나, 활성 물질, 실리콘 충전 / 방전 사이클로서 리튬을 흡장 및 이탈 할 때, 체적 팽창의 수명 270 %의 차이에 체적 변화가 발생할 수있다 : (1) 실리콘 입자를 분쇄하고, 구리 코팅 전류 집 전체로부터 분리된다; (2) 고체 전해질 (SEI) 막을 주기 동안의 불안정성, 부피 팽창으로 인해 SEI가 파열되고 반복적으로 형성되어 리튬 이온 배터리가 고장납니다.
, 속도 성능의 열화를 압축 과정은 더 가깝게 고상 접촉. 폴 피스의 전자 수송 특성을 개선하는 것이다 그러나, 너무 낮은 공극률은, 리튬 이온의 이동 저항이 증가하고, 전극 / 전해질 계면에서의 전하 이동 저항. 일반적 흑연 전극의 기공율은 20 % -40 %를 최적화하고, 압축 후의 실리콘 전극 성능 열화, 이들 자극 피스는 일반적으로 60 % -70 %의 다공성 실리콘 재료의 팽창을 조정 가능한 대용량 다공성, 버퍼 입자가 격렬하게 변형되어 분쇄 및 쉐딩이 느려지지만 고 다공성 실리콘 기반 음극 편은 체적 에너지 밀도를 제한하므로 리튬 기반 배터리 기반 음극 극 조각은 어떻게 제조됩니까 KarkarZ 등은 실리콘 전극의 준비 과정을 연구했습니다. .
첫째로, 이들은 실리콘 개의 교반하여 80 중량 %, 12wt % 및 CMC의 슬러리 8 중량 %의 그래 핀 전극을 사용하는 방법으로 제조된다 : (1) SM : 종래의 분쇄 공정을 분산, (2) RAM : 초음파 분산의 2 단계 공정 버퍼 용액 PH3 첫번째 단계 (0.17M 구연산염 + 0.07MKOH) 초음파 분산 실리콘 및 CMC는 제 2 단계는 수성 그라 펜 시트를 첨가하고, 초음파 분산을 계속했다.
그리고 그래파이트 시트를 들면 초음파 분산 RAM 콜렉터 코팅 다공도 이상 교반 SM 그라 펜 시트 브레이크 병렬로 분산, 10m보다 더, 그래 핀 시트의 원래 지형에 시트를 유지.도 1a에 도시 거라고 그라 펜 시트 수 ㎛ 긴. 약 72 %의 비 압축 RAM 폴 피스 기공 양호한 전기 전도성을 갖는 실리콘 개의 교반 미분화 나노 그라 펜 시트보다 큰 60 % SM 전극 기능, RAM 분산은 그래 핀 시트의 무결성과 양호한 배터리 사이클링 성능을 유지합니다 (그림 3a 및 b).
그림 1 다양한 교반 방법 및 압축 압력 하에서 실리콘 기반 전극의 형태
그 후, 그들은 다공성, 밀도 및 전극의 전기 화학적 성능에 대한 압축 효과를 연구했다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 압축 후 그라 핀 시트와 실리콘의 형태는 크게 변하지 않았고 코팅은보다 콤팩트했다. 폴 피스는 전기 화학적 성능을 테스트하기 위해 하프 셀 (half cell)로 제조되었다.도 2로부터 알 수있는 바와 같이,
(1) 압축 압력이 증가함에 따라, 전극의 다공성이 감소하고, 밀도가 증가하며, 용적 비 용량이 증가한다.
(2) 비 압축 폴 피스, 약 72 %의 RAM 기공 어려워 SM 전극. 다짐 및 RAM 전극, 35 %의 기공율 60 % 이상, 필요 RAM 전극 15T / cm2의 압력만큼 폴 피스와 SM 5T / cm2 이는 그라 펜 시트가 변형하기 어렵고, RAM 폴 시트가 그래 펜 시트 구조를 유지하고 콤팩트하기 어렵 기 때문이다.
(3) / 각각 체적 34 %로 부피 용량 비율. 20T / cm2의 압축, 최대 용량, RAM 및 SM 다공성 전극의 27 % 이상을 산출하는 음량 특정 용량 1300mAh 대응 1백93퍼센트 리튬 화 실리카의 완전히 확장 된 부피를 기준으로 cm3, 1400mAh / cm3.
그림 2 (a) SM 전극 및 (b) RAM 전극 다공성, 밀도 및 체적 용량에 대한 압착 압력의 영향
그림 3 비 압축 전극의 주기적 성능
또한, 또한 입자 사이의 마찰에 따라 중단 될 접착제 활물질 입자와, 다짐 폴부. 에이징 처리 압축 폴 피스의 사이클 성능을 향상시킬 수있는 것을 발견, 또는 접착제 결합 자체 파괴되도록 매우 시트 (도. 4A) 사이클 특성 분해, 기계적 안정성이 저하된다. 상기 숙성 공정이 공정에서, 2 ~ 3 일 동안 80 %의 습도에서 자극 편에 배치되며, 상기 바인더 마이그레이션 발생 나은 구리 (OC (= O) -R) 2 화학 증가 결합력을 형성하는 결합제 동박을 경화 할 때, 활물질 입자의 표면에 도포,보다 견고 더 연결 이상을 다시 설정은, 구리의 부식이 발생할 수있다 따라서 억제 피막이 벗겨지는 것, 에이징 처리는 자극 편 분산 안정성 및 사이클 특성을 향상시킬 수있다 -. 압축 - 숙성 폴 피스 미세 바인더 골절의 압축의 결과,도 4c에 도시 된 개략도를 변경 순환 안정성은 저하되고 바인더 이동은 성숙 중에 연결을 다시 형성하고 극 조각의 미세 구조가 변화하며 기계적 안정성이 증가하고 해당 사이클 성능이 증가합니다.
제 시효 처리하고 압축, 향상된 사이클 특성 기둥 편이지만 효과의 자극 편은 유의하지 않았다 경우 (도입니다. 4B). 이것은 기계적 안정성 세 향상된 자극 단편에 기인하지만, 다음 압축 및 접착 파괴 매듭의 연결.
그림 4 (a) (b) 압축 및 경화가 전극의 사이클링 성능에 미치는 영향 및 (c) 압축 및 성숙 중 미세 구조 진화의 도식적 표현
따라서, 실리콘 전극, 사이클 특성, 실리콘 버퍼 체적 팽창 높은 기공율 폴 피스를 개선하지만, 시효 처리 중에 필요한 체적 에너지 밀도, 압축 폴 피스 폴 피스의 박형화를 향상시키기 위해서하기위한 자극 편을 향상 전극 미세 구조.
