سیلیکون لیتیوم قطعه قطب منفی چگونه به آماده سازی؟

از آنجا که مواد الکترود منفی مبتنی بر سیلیکون داشتن ظرفیت بالا و نسبت وزن ظرفیت حجم، توسعه الکترود منفی مبتنی بر سیلیکون موثرترین روش های بهبود چگالی انرژی یک باتری لیتیوم یون است. با این حال، به عنوان یک ماده فعال، با یک بار شارژ سیلیکون / چرخه تخلیه هنگام قرار دادن و استخراج لیتیوم، تغییر حجم به تفاوت 270 درصد در چرخه زندگی از افزایش حجم می تواند منجر شود به: (1) سنگ زنی ذرات سیلیکون، و یک پوشش مس از جمع فعلی جدا شده باشند. (2) یک الکترولیت جامد (SEI) فیلم بی ثباتی در طی دوچرخه سواری، به طوری که افزایش حجم و پارگی SEI تشکیل دائما در دوباره تکرار، در شکست باتری لیتیوم یون می شود.

فرآیند تراکم خواهد بیشتر از نزدیک در تماس با فاز جامد، به منظور بهبود خواص انتقال الکترون از قطعه قطب. با این حال، خیلی کم تخلخل را به مقاومت در برابر حمل و نقل یون لیتیم را افزایش دهد، و الکترود / الکترولیت مقاومت انتقال بار و رابط کاربری، زوال عملکرد نرخ. به طور کلی، تخلخل گرافیت برق بهینه سازی شده برای 20٪ -40٪، و بدتر عملکرد الکترود سیلیکونی پس از تراکم، این قطب به طور معمول 60٪ -70٪ تخلخل، تخلخل حجم بالا قادر به هماهنگی گسترش مواد سیلیکون، بافر تغییر شکل شدید گرانول، پودر و کم است. با این حال، تخلخل بالا از بستر سیلیکونی به منظور محدود کردن الکترود منفی چگالی انرژی حجم. پس از آن، سیلیکون تب الکترود منفی از لیتیوم چگونه آن را آماده؟ KarkarZ و همکاران مورد مطالعه آماده سازی یک الکترود سیلیکونی .

اول، آنها را به شیوه ای با استفاده از دو هم زده 80wt٪ سیلیکون، 12wt٪ و 8wt٪ الکترود گرافن از دوغاب CMC آماده: (1) SM: پراکنده یک فرایند فرز توپ معمولی؛ (2) RAM: فرایند دو مرحله ای از پراکندگی مافوق صوت ، PH3 اولین گام در یک محلول بافر (0.17M سیترات + 0.07MKOH) سیلیکون پاشش مافوق صوت و CMC، مرحله دوم گرافن آبی اضافه شده و پراکندگی مافوق صوت را ادامه داد.

و D در شکل 1a نشان داده شده است، برای یک ورق گرافیت با RAM پراکندگی مافوق صوت بیش از 10 متر حفظ به توپوگرافی اصلی گرافن، ورق، به صورت موازی با جمع آوری، تخلخل پوشش بالاتر، در حالی که تکان دهنده SM گرافن استراحت توزیع گرافن چند میکرومتر طولانی است. رم uncompacted تخلخل قطعه قطب در حدود 72 درصد، بیش از 60٪ الکترود SM برای سیلیکون دو تحریک نانو تمایز نیافته گرافن داشتن یک انتقال الکترونیکی خوب قابلیت، پراکندگی RAM، حفظ یکپارچگی صفحات گرافن و عملکرد خوب دوچرخه سواری باتری (شکل 3a و b).

شکل 1 مورفولوژي الکترود بر پايه سيليکون تحت روشهاي مختلف ترکيب و فشار تراکم

آنها سپس اثر تراکم به تخلخل الکترود، و خواص الکتروشیمیایی تراکم نشان داده شده در شکل 1، پس از تراکم، مورفولوژی گرافن و سیلیکون به طور قابل توجهی تغییر نمی کند، اما متراکم تر پوشش مورد مطالعه است. قطعه قطعه برای آزمایش عملکرد الکتروشیمیایی به یک سلول ناقص ساخته شده است. از شکل 2 می توان دید که:

(1) افزایش فشار تخلیه، تخلخل الکترود کاهش می یابد، تراکم افزایش می یابد و ظرفیت خاص حجمی افزایش می یابد.

(2) قطعه غیر فشرده قطب، RAM تخلخل در حدود 72 درصد، بیشتر از 60 درصد از SM الکترود. تراکم و الکترود رم سخت تر است، تخلخل 35٪، مورد نیاز رم الکترود فشار 15T / cm2 به، تا زمانی که قطعه قطب و SM 5T / cm2 این به این دلیل است که ورق گرافن دشوار است که تغییر شکل دهد و قطعه RAM قطعه ساختار ورقه گرافنی را حفظ می کند و برای جمع شدن سخت تر است.

(3) بر اساس حجم به طور کامل گسترش از 193٪ سیلیس lithiated محاسبه ظرفیت نسبت حجم. 20T / cm2 به تراکم، به 34٪ حجم، بیش از 27٪ از حداکثر ظرفیت، رم و SM الکترود تخلخل، به ترتیب مربوط به 1300mAh ظرفیت ویژه حجم / Cm3، 1400mAh / cm3.

شکل 2 اثر فشار تراکم بر (a) الکترود SM و (b) تخلخل الکترودهای تخلخل، تراکم و ظرفیت حجمی

شکل 3 عملکرد سیکل الکترودهای بدون انبساط

علاوه بر این، آنها همچنین دریافتند که پیری درمان فشرده قطعه قطب می تواند عملکرد چرخه بهبود بخشد. قطعه تراکم قطب، با چسب ذرات مواد فعال ممکن است تحت اصطکاک بین ذرات شکستن، و یا حتی شکستن باند چسب خود، به طوری که بسیار ورق موجب کاهش پایداری مکانیکی، ترک خوردگی عملکرد چرخه (شکل 4a). و فرآیند رسیدن در قطب 2 تا 3 روز در رطوبت 80٪ برای قرار می گیرد، در این فرایند، مهاجرت چسب رخ می دهد، بهتر گسترش در سطح ذرات مواد فعال، دوباره بیشتری را در ارتباط محکم تر علاوه بر این، خوردگی مس می تواند رخ دهد هنگامی که درمان فویل مس را با چسب به شکل مس (OC (= O) -R) 2 شیمیایی، افزایش نیروی الزام آور، در نتیجه مهار پوشش خواهد آمد، درمان پیری می تواند بهبود یافته قطب ثبات قطعه پراکندگی و عملکرد چرخه - تراکم - رسیدن قطب ریزساختار قطعه تغییر یک نمای شماتیک نشان داده شده در شکل 4C، در فشردگی شکستگی چسب و در نتیجه، گردش خون ثبات فقیر، در حالی که درمان مهاجرت چسب به دوباره اتصال، تغییر در ساختار قطعه قطب، به منظور افزایش پایداری مکانیکی، عملکرد چرخه مربوطه.

اگر قطعات قطب اول درمان پیری، و سپس فشرده، بهبود عملکرد چرخه قطعه قطب، اما اثر معنی دار نبود (شکل 4B) این است با توجه به قطب افزایش سن پایداری مکانیکی، اما پس از نابود تراکم و چسبنده اتصال از caking عامل.

شکل 4 (الف) (ب) فشرده و اثر درمان بر عملکرد چرخه الکترود و (ج) فشرده و بلوغ فرآیند شماتیک تکامل ریزساختاری

بنابراین، برای یک الکترود سیلیکونی، به منظور بهبود ویژگی های چرخه، افزایش حجم بافر از سیلیکون، قطعات قطب به تخلخل بالا، اما به منظور بهبود چگالی انرژی حجمی، فشرده قطعه قطب قطعه قطب کاهش ضخامت مورد نیاز در طول درمان پیری را بهبود می بخشد قطب ریزساختار الکترود.