Dado que el material de electrodo negativo a base de silicio que tiene una alta capacidad y la relación en peso de capacidad de volumen, el desarrollo de electrodo negativo a base de silicio es el método más eficaz de mejorar la densidad de energía de una batería de iones de litio. Sin embargo, como un material activo, un ciclo de carga de silicio / descarga cuando la inserción y la extracción de litio, cambio de volumen a la diferencia de 270% en el ciclo de vida de la expansión de volumen puede conducir a: (1) moler las partículas de silicio, y un recubrimiento de cobre se separa de la corriente de colector; (2) un electrolito sólido (SEI) película Inestabilidad durante el ciclo, la expansión del volumen hace que el SEI se rompa y se forme repetidamente, lo que da como resultado la falla de la batería de iones de litio.
proceso de compactación será más estrechamente en contacto con una fase sólida, para mejorar las propiedades de transporte de electrones de la pieza polar. Sin embargo, demasiado bajo una porosidad aumentará la resistencia transporte de iones de litio, y la resistencia de transferencia de carga de interfaz de electrodo / electrolito, el deterioro del rendimiento de velocidad. En general, porosidad electrodo de grafito optimizada para 20% -40%, y el deterioro del rendimiento del electrodo de silicio después de la compactación, estas piezas polares típicamente 60% -70% de porosidad, la porosidad alto volumen capaz de coordinar la expansión del material de silicio, el tampón deformación severa de los gránulos, polvos y lento apagado. Sin embargo, la alta porosidad del sustrato de silicio para limitar la densidad de energía volumen electrodo negativo. a continuación, una pestaña de electrodo negativo de silicio del litio cómo preparar? KarkarZ et al estudió la preparación de un electrodo de silicio .
En primer lugar, se preparan de una manera usando dos agitada 80% en peso de silicio, 12% en peso y 8% en peso electrodo de grafeno de suspensión CMC: (1) SM: dispersión de un proceso de molienda convencional; (2) RAM: proceso de dos etapas de dispersión ultrasónica El primer paso fue dispersar ultrasónicamente el silicio y la CMC en una solución tampón de pH 3 (ácido cítrico 0,17 M + 0,07 MKOH), y el segundo paso fue añadir la lámina de grafeno y el agua para continuar la dispersión ultrasónica.
Y D se muestra en la Fig. 1a, por una hoja de grafito, una RAM dispersión ultrasónica mantiene a la topografía original de láminas de grafeno, una lámina más larga que 10 m, distribuido en paralelo con el colector, la porosidad de revestimiento superior, mientras se agita SM descanso hoja de grafeno láminas de grafeno varios micrómetros de largo. RAM sin compactar pieza polar porosidad de aproximadamente el 72%, mayor que 60% electrodos SM para el silicio dos agitación hoja de grafeno nano indiferenciada que tienen una buena conducción electrónica Capacidad, la dispersión de RAM mantiene la integridad de las láminas de grafeno y un buen rendimiento del ciclo de la batería (Figuras 3a yb).
Fig.1 Morfología del electrodo basado en silicio bajo diferentes modos de agitación y presión de compactación
A continuación, se estudiaron el efecto de compactación de la porosidad del electrodo, y las propiedades electroquímicas de densidad se muestra en la Figura 1, después de la compactación, la morfología de la hoja de grafeno y silicio no cambia significativamente, pero más denso el revestimiento. La La pieza polar se fabricó en una semicelda para probar el rendimiento electroquímico. Se puede ver en la figura 2 que:
(1) A medida que aumenta la presión de compactación, la porosidad del electrodo disminuye, la densidad aumenta y aumenta la capacidad volumétrica específica.
(2) pieza no compactado polo, porosidad RAM de aproximadamente 72%, más de 60% de SM electrodo. La compactación y el electrodo RAM más difícil, una porosidad de 35%, el electrodo de RAM necesaria presión 15T / cm2, siempre y cuando la pieza de polo y SM 5T / cm2. Esto se debe a que la lámina de grafeno es difícil de deformar, y la lámina polar de la RAM mantiene la estructura de lámina de grafeno y es más difícil de compactar.
(3) basada en el volumen completamente expandido de 193% de sílice litiado calcular una relación. Compactación 20T / cm2 capacidad de volumen, en 34% en volumen, más de 27% de la capacidad, RAM, y los electrodos de porosidad máxima SM, respectivamente correspondiente a la 1300mAh capacidad específica de volumen / Cm3, 1400mAh / cm3.
Figura 2 Efecto de la presión de compactación en (a) electrodo SM y (b) porosidad, densidad y capacidad volumétrica del electrodo RAM
Figura 3 Rendimiento cíclico de electrodos no compactados
Además, también encontraron que el tratamiento compactado envejecimiento pieza polar puede mejorar el rendimiento de ciclo. Compactación polo pieza, con un adhesivo partículas de material activo puede romperse bajo la fricción entre las partículas, o incluso romper la unión adhesiva en sí, de modo que una muy hoja se deteriora la estabilidad mecánica, agrietamiento rendimiento del ciclo (Fig. 4a). y el proceso de maduración se coloca en las piezas polares 2 a 3 días a una humedad de 80% para, en este proceso, se produce la migración aglutinante, mejor propagación en la superficie de partículas de material activo, más Restablecer conectados más firmemente Además, la corrosión del cobre se puede producir cuando el curado de la lámina de cobre con un aglutinante para formar Cu (OC (= O) -R) 2 químicamente, aumentar la fuerza de unión, por lo tanto la inhibición de recubrimiento se desprenderá, el tratamiento de envejecimiento se puede mejorar la estabilidad piezas dispersión poste y el rendimiento del ciclo -. compactación - maduración pieza polar microestructura cambiar una vista esquemática se muestra en la figura 4c, lo que resulta en la compactación de la fractura aglutinante, la circulación mala estabilidad, mientras que el curado de la migración aglutinante para restablecer la conexión, los cambios en la microestructura de la pieza polar, para mejorar la estabilidad mecánica, el rendimiento del ciclo respectivo.
Si las piezas polares del primer tratamiento de envejecimiento, y luego se compacta, mejorada pieza polar rendimiento del ciclo, pero el efecto no fue significativo (Fig. 4b). Esto es debido a las piezas polares mejoradas estabilidad mecánica de edades, pero luego destruyó compactación y pegajosa La conexión del nudo.
La Fig. 4 (a) (b) compactar y curar efecto en el rendimiento del ciclo del electrodo y (c) compactar y maduración proceso de evolución microestructural esquemática
Por lo tanto, para un electrodo de silicio, para mejorar las características del ciclo, la expansión de volumen de tampón de silicio, las piezas polares a alta porosidad, pero con el fin de mejorar la densidad de energía volumétrica, compactado pieza polar reducción del espesor de pieza de polo requerida durante el tratamiento de envejecimiento mejora las piezas polares Microestructura del electrodo
