Говоря о негативе Si, я напоминаю о горилле Джордже, гориллере-горилле в голливудском гиганте «Бегемот-зверь», который недавно был показан в кинотеатре. Он содержит удивительную силу, но он чрезвычайно жесток, пока не появится человек, который может контролировать его. Отрицательный электрод Si такой же, как вариант Джорджа, обладает огромной прочностью. Теоретическая емкость материала Si может достигать 4200 мАч / г (Li4.4Si), что более чем в десять раз больше, чем у графитового материала, и даже больше, чем теоретическая удельная емкость металла Li (3800 мАч). / g) еще выше, а литиевый потенциал материала Si близок к графитному материалу, который является идеальным материалом отрицательного электрода, но отрицательный электрод Si похож на свирепый дикий зверь, а объем отрицательного электрода Si полностью вставлен в литий. Расширение более чем на 300% приведет не только к измельчению частиц активного материала, но и к повреждению структуры отрицательного электрода и приведет к потере активных материалов, что приведет к быстрому уменьшению емкости ионно-литиевых батарей с использованием кремниевого отрицательного электрода. Нам нужно носить такую пленку. Роль Вайса помогла нам приручить такого зверя!
Для решения проблемы крупномасштабного расширения кремниевых анодов в основном используются следующие методы: 1) смешивание с графитовыми материалами с использованием объемно-расширяющихся графитовых материалов для поглощения объемного расширения кремниевых материалов; 2) новые связующие вещества путем принятия новых типов Связующее уменьшает разрушение структуры электрода за счет объемного расширения отрицательного электрода Si и уменьшает потерю активного материала. 3) Новый проводящий агент, который относится к большой характеристике расширения кремниевого отрицательного электрода, формируется с использованием нового проводящего агента, такого как углеродные нанотрубки. Стабильная проводящая сеть уменьшает повреждение, вызванное расширением объема Si, в проводящую сеть и улучшает цикличность работы батарей с использованием отрицательных электродов Si.
Недавно Давей Ли и другие из Шанхайского университета в Китае и Университета Кентукки в Соединенных Штатах изучили влияние альгината натрия, перфторсульфоновой кислоты и PVDF-адгезивов на механические и электрохимические свойства анодов Si. Исследование показало, что использование альгината натрия SA и По сравнению с Si-отрицательным электродом, использующим клей PVDF, Si-анод перфторсульфоновой кислоты может лучше поддерживать стабильность электродной структуры, уменьшать потерю активного материала и улучшать циклические характеристики электрода.
Благодаря анализу было обнаружено, что пленки SEI электродов с использованием трех адгезивов имеют одинаковую структуру. Поэтому Давэй Ли считает, что основной причиной различных электрохимических свойств трех адгезивов является то, что электроды, использующие три адгезива, имеют разные механические свойства. Характеристики. Чтобы исследовать влияние трех адгезивов (альгината натрия, перфторсульфоновой кислоты и PVDF) на механические свойства электрода, Давей Ли использовал однослойный электрод с покрытием для экспериментов по литиевой вставке из-за слоя активного материала, содержащего литий. Объемное расширение будет происходить, и пленка Cu не будет набухать, так что это приведет к изгибу электрода (как показано на рисунке ниже). В зависимости от степени изгиба электрода можно оценить объемное расширение электрода. На фотографии ниже показана фотография литий-ионного 30% Из рисунка видно, что электрод с альгинатом натрия SA имеет наибольший изгиб, что означает, что наибольший объем расширения имеет электрод с альгинатом натрия, который также лучше понимается. Три адгезива альгината натрия являются самыми «твердыми», PVDF Во-вторых, перфторсульфоновая кислота является самой мягкой, поэтому электроды с альгинатом натрия будут производить большее объемное расширение. Однако второй «жесткий» клей PVDF имеет наименьшее объемное расширение, вызванное введением лития, наиболее «мягким», фтор Объем связующего разложения кислоты, но выше, чем PVDF связующего вещество, не соответствует нашему обычному пониманию, так что может быть и другие факторы, которые влияют на увеличение объема электрода.
На следующем рисунке показана кривая напряжения зарядного разряда и кривая кривизны электрода в первые три цикла электрода с тремя адгезивами (большая кривизна означает большее расширение объема). Так как в циклической системе используется литиевая вставка 6h, снимите ее. Лития до 2 В, поэтому все электроды имеют одинаковую емкость, поэтому кривизна электрода с тремя адгезивами сопоставима, из следующего рисунка b можно заметить, что электрод с использованием альгината натрия SA встроен Объемное расширение в литиевом процессе является самым большим, второе расширение электрода с использованием перфторсульфоновой кислоты вторично сопровождается, а объемное расширение электрода с использованием клея PVDF является наименьшим. В то же время изменяется также кривизна электрода от второго и третьего процесса введения лития. Было обнаружено, что встроенный Li не полностью убежал во время процесса зарядки, но эта часть его осталась. Поэтому объемное расширение литиевой вставки электрода в третий раз было фактически выше, чем объем второй вставки лития. Однако использовался клей PVDF. Когда электрод внедряется в третий раз, расширение электрода меньше второго раза. Давэй Ли считает, что это показывает, что трещина появилась на электроде с использованием клея PVDF, и электрод высвобождает часть напряжения через эти трещины.
На рисунке ниже показано изменение толщины электрода в направлении толщины (ниже на рисунке а) и изменение пористости электрода из-за изменения объема частиц Si в процессе интеркаляции лития (ниже b). Из рисунка а видно, что Наибольшая относительная скорость изменения объема в этом процессе была электродом с клеем PVDF, в то время как электрод с адгезивом натрия альгинат SA имел наименьшую относительную скорость изменения объема, что указывает на то, что наивысшая прочность альгината натрия SA может быть ограничена до некоторой степени. Объемное расширение частиц Si сохраняет стабильность структуры электрода, тем самым улучшая характеристики цикла отрицательного электрода Si. На следующем рисунке b показано, что хотя изменение объема отрицательного электрода Si при литиевой вставке и делититации велико, пористость электрода почти равна нулю. Изменения произошли.
На рисунке а показан модуль упругости электродов с тремя адгезивами в разных интеркалирующих состояниях лития. Из рисунка отметим, что по мере увеличения интеркаляции лития модуль упругости отрицательного электрода, содержащего Si, постепенно уменьшается. Интересно, что во время процесса делигнирования модуль упругости отрицательного электрода Si не возвращается к своему первоначальному уровню. После делитирования модуль упругости электрода становится еще меньше. Давэй Ли полагает, что основная причина заключается в том, что введен объем лития в электроде. После расширения на поверхности электрода образуется много открытых трещин, что приводит к уменьшению модуля упругости электрода. Это также может быть подтверждено на изображении SEM ниже. На поверхности отрицательного электрода Si после ввода лития происходит большое количество трещин. Трещина может высвобождать часть напряжения, так что модуль упругости электрода уменьшается.
Из приведенных выше экспериментальных результатов мы также можем найти странное явление. С точки зрения модуля упругости самого клея SA является наиболее «твердым», перфторсульфоновая кислота является «мягким», а PVDF - между двумя. Однако с точки зрения модуля упругости электродов с использованием трех типов связующих мы обнаружили, что электрод с связующим PVDF имеет самый низкий модуль упругости, то есть электрод с связующим PVDF является самым мягким. Однако модуль упругости электрода с использованием наиболее мягкого связующего перфторсульфоновой кислоты даже выше, чем у электрода с использованием клея PVDF. Это немного необоснованно. Чтобы объяснить это явление, Давэй Ли использует сканирующую электронную микроскопию для трех типов электродов. Было обнаружено, что электрод, использующий клей PVDF перед циклом, был наиболее плоским и почти не было трещин, тогда как поверхность электрода с использованием SA и связующего перфторсульфоновой кислоты имела много трещин, но после трех циклов Позже Давей Ли обнаружил, что в электродах появилось большое количество новых трещин с использованием клеев PVDF. Вместо этого в электродах было мало новых трещин с использованием связующих веществ SA и перфторсульфоновой кислоты. Dawei Li подсчитал три электродных трещины в области электродов. Доля общей площади электрода (как показано ниже ) Было обнаружено, что площадь, занимаемая трещинами на электроде связующим PVDF после трех циклов, увеличилась более чем в 5 раз, тогда как изменение электрода с помощью связующего SA и перфторсульфоновой кислоты было намного меньше, и именно они увеличивались. Трещины уменьшают модуль упругости электродов с использованием связующих PVDF.
Исследования Давей Ли показывают, что выбор связующего оказывает значительное влияние на механические свойства отрицательных электродов Si. Связывающие вещества SA и перфторсульфоновой кислоты могут лучше поддерживать отрицательный электрод Si в условиях огромного объемного расширения Si-отрицательных электродов. Структурная целостность, уменьшает образование трещин электродов, тем самым уменьшая потерю активных материалов, улучшает циклические характеристики батареи, наоборот, это использование адгезивного электрода PVDF после того, как цикл поверхности электрода вызвал много трещин, тем самым разрушив структуру электрода Целостность, вызванная потерей активного материала, разрушение проводящей сети, что приводит к плохой цикличности работы батареи.
