Uma vez que o material de eléctrodo negativo à base de silício que tem elevada capacidade e a proporção em peso de capacidade de volume, o desenvolvimento de eléctrodo negativo à base de silício é o método mais eficaz para melhorar a densidade de energia de uma bateria de iões de lítio. No entanto, como um material activo, uma carga de silício / ciclo de descarga quando a inserção e extracção de lítio, a mudança de volume a diferença de 270% no ciclo de vida da expansão de volume pode levar a: (1) moagem das partículas de silício, e um revestimento de cobre é separado do colector de corrente; (2) um electrólito sólido filme (SEI) Instabilidade durante o ciclo, a expansão de volume faz com que o SEI se rompa e se forme repetidamente, resultando em falha da bateria de íons de lítio.
processo de compactação será mais intimamente em contacto com uma fase sólida, para melhorar as propriedades de transporte de electrões da peça polar. No entanto, muito baixa porosidade irá aumentar a resistência ao transporte de iões de lítio, e o eléctrodo / electrólito resistência de transferência de carga de interface, a deterioração do desempenho da taxa. Em geral, porosidade do eléctrodo de grafite optimizado para 20% -40%, e a deteriorao do desempenho do eléctrodo de silício após a compactação, estas peças polares, tipicamente 60% -70% de porosidade, volume de porosidade elevada capaz de coordenar a expansão do material de silício, o tampão deformação grave dos grânulos, pós e retardar fora. no entanto, a elevada porosidade do substrato de silício para limitar o eléctrodo negativo densidade de energia de volume. em seguida, uma aba do eléctrodo negativo de silício do lítio como prepará-lo? KarkarZ et al estudaram a preparação de um eléctrodo de silício .
Em primeiro lugar, eles são preparados de uma maneira usando dois agitada 80% em peso de silício, 12wt% e 8% em peso do eléctrodo grafeno de CMC lama: (1) SM: a dispersão de um processo de moagem convencional; (2) a RAM: processo de duas etapas de dispersão ultra-sónica , PH3 primeiro passo de uma solução tampão (0,17 M de citrato + 0.07MKOH) de silício de dispersão ultra-sónica e a CMC, o segundo passo foi adicionado grafeno aquosas e dispersão de ultra-sons continuou.
E D mostrada na Fig. 1a, de uma folha de grafite, uma dispersão de RAM de ultra-sons mantido à topografia original de folhas de grafeno, uma folha superior a 10 m, distribuído em paralelo com o colector, a porosidade do revestimento superior, enquanto se agitava SM folha grafeno pausa grafeno alguns micrómetros de comprimento. RAM não compactado peça polar porosidade de cerca de 72%, superior a 60% para eléctrodos SM silício dois agitação folha grafeno nano indiferenciada que têm uma boa condução electrónica capacidade, mantendo a integridade da RAM disperso grafeno, bom desempenho do ciclo da bateria (FIG. 3a e b).
morfologia eléctrodo de silício de diferentes maneiras e a pressão de compactação foi agitada na Fig. 1
Em seguida, eles estudaram o efeito de compactação sobre a porosidade do eléctrodo, e as propriedades electroquímicas de densidade mostrados na Figura 1, após a compactação, a morfologia da folha de grafeno e silício não se altera significativamente, mas mais densa do revestimento. A peças polares feitas em um desempenho meia célula electroquímica de teste, pode ser visto a partir da Figura 2:
(1) aumenta com a pressão de compactação, a diminuição de porosidade de eléctrodos, a densidade de volume e aumento de capacidade específico.
(2) peca não compactado pólo, porosidade RAM de cerca de 72%, maior do que 60% de SM eléctrodo. Compactação e eléctrodo RAM mais difícil, uma porosidade de 35%, eléctrodo RAM pressão 15T / cm2 necessária, desde que a peça polar e SM 5T / cm2. este é difícil de deformar-se porque a folha de grafeno, a RAM, segurando a estrutura de folha de grafeno peça polar, mais difícil de compacto.
(3) com base no volume totalmente expandido de 193% de sílica litiado calcular uma capacidade de volume de razão. 20T / cm2 de compactação, em 34% em volume, mais do que 27% da capacidade, RAM e eléctrodos de porosidade máxima SM, respectivamente correspondente à 1300mAh volume de capacidade específico / Cm3, 1400mAh / cm3.
Figura 2 Efeito da pressão de compactação de (a) eléctrodo de SM e (b), a porosidade do eléctrodo de RAM, densidade e capacidade de volume específico
Figura 3 Desempenho cíclico de eletrodos não compactados
Além disso, eles também encontraram que o tratamento de envelhecimento compactado peça polar pode melhorar o desempenho do ciclo. Compactação pólo peça, com um adesivo partículas de material activo pode quebrar sob o atrito entre as partículas, ou mesmo quebrar-se a ligação adesiva, de modo a que uma muito folha deteriora-se a estabilidade mecânica, craqueamento desempenho ciclo (Fig. 4a). e o processo de amadurecimento é colocado nas peças polares de 2 a 3 dias a uma humidade de 80% para, neste processo, a migração ligante ocorre, melhor propagação sobre a superfície de partículas de material activo, mais restabelecer ligado mais firmemente Além disso, a corrosão de cobre pode ocorrer quando a cura da folha de cobre com um aglutinante para formar Cu (OC (= o) -R) 2 quimicamente, aumentar a força de ligação, assim revestimento inibir vai sair, o tratamento de envelhecimento pode ser melhorada a estabilidade pólo peças dispersão e desempenho do ciclo -. compactação - amadurecimento microestrutura peça polar alterar uma vista esquemática mostrada na Figura 4c, resultando na compactação da fractura ligante, circulação A estabilidade é degradada, e quando o aglutinante migra durante o envelhecimento, a conexão é restabelecida, a microestrutura da peça polar muda, a estabilidade mecânica é melhorada e o desempenho do ciclo correspondente é melhorado.
Se as peças polares do primeiro tratamento de envelhecimento, e, em seguida, compactada, a melhoria da peça polar desempenho do ciclo, mas o efeito não foi significativo (Fig. 4b). Isto é devido às peças polares melhoradas com idades estabilidade mecânica, mas, em seguida, destruídos compactação e pegajoso A conexão do nó.
Figura 4 (a) (b) Efeitos da compactação e da cura no desempenho cíclico do eletrodo e (c) Representação esquemática da evolução da microestrutura durante a compactação e a maturação
Assim, para um eléctrodo de silício, para melhorar as características do ciclo, a expansão do volume do tampão de silício, as peças polares de alta porosidade, mas, a fim de melhorar a densidade de energia volumétrica, a redução de espessura peça polar compactado peça polar necessário durante o tratamento do envelhecimento melhora as peças polares Microestrutura do eletrodo.
