ලිතියම්-අයන බැටරි ප්රධාන වශයෙන් ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයේ දිශාවට සංවර්ධනය වෙමින් පවතී. කාමර උෂ්ණත්වයේ දී, ලිතියම්-පොහොසත් නිෂ්පාදනයක් වන Li3.75Si අවධිය නිපදවීම සඳහා සිලිකන්-පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය ලිතියම් සමඟ මිශ්ර කර, නිශ්චිත ධාරිතාව 3572 mAh/g දක්වා වන අතර එය ග්රැෆයිට් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ න්යායාත්මක නිශ්චිත ධාරිතාව 372 mAh/g ට වඩා බෙහෙවින් වැඩි ය. කෙසේ වෙතත්, සිලිකන්-පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය නැවත නැවත ආරෝපණය කිරීමේ සහ විසර්ජන ක්රියාවලියේදී, Si සහ Li3.75Si හි අදියර පරිවර්තනය විශාල පරිමාව ප්රසාරණය (300% පමණ) ඇති කළ හැකි අතර එමඟින් ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යවල ව්යුහාත්මක කුඩු කිරීම සහ SEI පටලය අඛණ්ඩව සෑදීම සිදු වන අතර අවසානයේ ධාරිතාව වේගයෙන් පහත වැටීමට හේතු වේ. කර්මාන්තය ප්රධාන වශයෙන් සිලිකන්-පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යවල ක්රියාකාරිත්වය සහ නැනෝ-ප්රමාණය කිරීම, කාබන් ආලේපනය, සිදුරු සෑදීම සහ වෙනත් තාක්ෂණයන් හරහා සිලිකන්-පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යවල ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කරයි.
කාබන් ද්රව්යවලට හොඳ සන්නායකතාවක්, අඩු පිරිවැයක් සහ පුළුල් ප්රභවයන් ඇත. ඒවාට සිලිකන් පාදක ද්රව්යවල සන්නායකතාවය සහ මතුපිට ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කළ හැකිය. ඒවා සිලිකන් පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ සඳහා කාර්ය සාධන වැඩිදියුණු කිරීමේ ආකලන ලෙස ප්රමුඛ ලෙස භාවිතා වේ. සිලිකන්-කාබන් ද්රව්ය යනු සිලිකන් පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩවල ප්රධාන ධාරාවේ සංවර්ධන දිශාවයි. කාබන් ආලේපනය සිලිකන් පාදක ද්රව්යවල මතුපිට ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කළ හැකි නමුත් සිලිකන් පරිමා ප්රසාරණය වැළැක්වීමේ එහි හැකියාව සාමාන්ය වන අතර සිලිකන් පරිමා ප්රසාරණය පිළිබඳ ගැටළුව විසඳිය නොහැක. එබැවින්, සිලිකන් පාදක ද්රව්යවල ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා, සිදුරු සහිත ව්යුහයන් ඉදි කළ යුතුය. බෝල ඇඹරීම නැනෝ ද්රව්ය සකස් කිරීම සඳහා කාර්මිකකරණය කරන ලද ක්රමයකි. සංයුක්ත ද්රව්යයේ සැලසුම් අවශ්යතා අනුව බෝල ඇඹරීමෙන් ලබාගත් පොහොරට විවිධ ආකලන හෝ ද්රව්ය සංරචක එකතු කළ හැකිය. පොහොර විවිධ පොහොර හරහා ඒකාකාරව විසුරුවා හැර ඉසින ලද වේ. ක්ෂණික වියළීමේ ක්රියාවලියේදී, පොහොරවල ඇති නැනෝ අංශු සහ අනෙකුත් සංරචක ස්වයංසිද්ධව සිදුරු සහිත ව්යුහාත්මක ලක්ෂණ සාදනු ඇත. මෙම පත්රිකාව සිදුරු සහිත සිලිකන් පාදක ද්රව්ය සකස් කිරීම සඳහා කාර්මිකකරණය වූ සහ පරිසර හිතකාමී බෝල ඇඹරීම සහ ඉසින වියළීමේ තාක්ෂණය භාවිතා කරයි.
සිලිකන් නැනෝ ද්රව්යවල රූප විද්යාව සහ බෙදා හැරීමේ ලක්ෂණ නියාමනය කිරීමෙන් සිලිකන් මත පදනම් වූ ද්රව්යවල ක්රියාකාරිත්වය ද වැඩිදියුණු කළ හැකිය. වර්තමානයේ, සිලිකන් නැනෝ දඬු, සිදුරු සහිත ග්රැෆයිට් කාවැද්දූ නැනෝ සිලිකන්, කාබන් ගෝලවල බෙදා හරින ලද නැනෝ සිලිකන්, සිලිකන්/ග්රැෆීන් අරා සිදුරු සහිත ව්යුහයන් වැනි විවිධ රූප විද්යාවන් සහ බෙදා හැරීමේ ලක්ෂණ සහිත සිලිකන් මත පදනම් වූ ද්රව්ය සකස් කර ඇත. නැනෝ අංශු හා සසඳන විට, නැනෝ පත්රවලට පරිමාව ප්රසාරණය වීම නිසා ඇතිවන තලා දැමීමේ ගැටලුව වඩා හොඳින් මර්දනය කළ හැකි අතර, ද්රව්යයට ඉහළ සංයුක්ත ඝනත්වයක් ඇත. නැනෝ පත්රවල අක්රමවත් ගොඩගැසීමෙන් සිදුරු සහිත ව්යුහයක් ද සෑදිය හැකිය. සිලිකන් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ හුවමාරු කණ්ඩායමට සම්බන්ධ වීමට. සිලිකන් ද්රව්යවල පරිමාව ප්රසාරණය සඳහා බෆර අවකාශයක් සපයන්න. කාබන් නැනෝ ටියුබ් (CNT) හඳුන්වාදීමෙන් ද්රව්යයේ සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කිරීම පමණක් නොව, එහි ඒකමාන රූප විද්යාත්මක ලක්ෂණ නිසා ද්රව්යයේ සිදුරු සහිත ව්යුහයන් ගොඩනැගීම ප්රවර්ධනය කළ හැකිය. සිලිකන් නැනෝ පත්ර සහ CNT මගින් ඉදිකරන ලද සිදුරු සහිත ව්යුහයන් පිළිබඳ වාර්තා නොමැත. මෙම පත්රිකාව කාර්මිකව අදාළ වන බෝල ඇඹරීම, ඇඹරීම සහ විසුරුවා හැරීම, ඉසින වියළීම, කාබන් පූර්ව ආලේපනය සහ කැල්සිනේෂන් ක්රම අනුගමනය කරන අතර, සිලිකන් නැනෝෂීට් සහ CNT ස්වයං-එකලස් කිරීමෙන් සාදන ලද සිදුරු සහිත සිලිකන්-පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය සකස් කිරීම සඳහා සකස් කිරීමේ ක්රියාවලියේදී සිදුරු සහිත ප්රවර්ධක හඳුන්වා දෙයි. සකස් කිරීමේ ක්රියාවලිය සරල, පරිසර හිතකාමී වන අතර, කිසිදු අපද්රව්ය ද්රවයක් හෝ අපද්රව්ය අපද්රව්ය ජනනය නොවේ. සිලිකන්-පාදක ද්රව්යවල කාබන් ආලේපනය පිළිබඳ බොහෝ සාහිත්ය වාර්තා ඇත, නමුත් ආලේපනයේ බලපෑම පිළිබඳ ගැඹුරු සාකච්ඡා ස්වල්පයක් ඇත. මෙම පත්රිකාව කාබන් ආලේපන ක්රම දෙකක, ද්රව අවධි ආලේපනය සහ ඝන අවධි ආලේපනය, ආලේපන බලපෑම සහ සිලිකන්-පාදක සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යවල ක්රියාකාරිත්වය කෙරෙහි ඇති කරන බලපෑම් විමර්ශනය කිරීම සඳහා කාබන් ප්රභවය ලෙස ඇස්ෆල්ට් භාවිතා කරයි.
1 අත්හදා බැලීම
1.1 ද්රව්ය සකස් කිරීම
සිදුරු සහිත සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්ය සකස් කිරීම සඳහා ප්රධාන වශයෙන් පියවර පහක් ඇතුළත් වේ: බෝල ඇඹරීම, ඇඹරීම සහ විසරණය, ඉසින වියළීම, කාබන් පූර්ව ආලේපනය සහ කාබනීකරණය. පළමුව, ආරම්භක සිලිකන් කුඩු ග්රෑම් 500 ක් (ගෘහස්ථ, 99.99% සංශුද්ධතාවය) කිරා මැන, අයිසොප්රොපනෝල් ග්රෑම් 2000 ක් එකතු කර, නැනෝ පරිමාණ සිලිකන් පොහොර ලබා ගැනීම සඳහා පැය 24 ක් සඳහා 2000 r/min බෝල ඇඹරුම් වේගයකින් තෙත් බෝල ඇඹරීම සිදු කරන්න. ලබාගත් සිලිකන් පොහොර විසරණ මාරු ටැංකියකට මාරු කරනු ලබන අතර, සිලිකන් ස්කන්ධ අනුපාතය අනුව ද්රව්ය එකතු කරනු ලැබේ: ග්රැෆයිට් (ෂැංහයි හි නිෂ්පාදනය කරන ලද, බැටරි ශ්රේණිය): කාබන් නැනෝටියුබ් (ටියැන්ජින් හි නිෂ්පාදනය කරන ලද, බැටරි ශ්රේණිය): පොලිවයිනයිල් පයිරොලිඩෝන් (ටියැන්ජින් හි නිෂ්පාදනය කරන ලද, විශ්ලේෂණ ශ්රේණිය) = 40:60:1.5:2. ඝන අන්තර්ගතය සකස් කිරීම සඳහා අයිසොප්රොපනෝල් භාවිතා කරන අතර, ඝන අන්තර්ගතය 15% ක් ලෙස නිර්මාණය කර ඇත. ඇඹරීම සහ විසරණය පැය 4 ක් සඳහා 3500 r/min විසරණ වේගයකින් සිදු කෙරේ. CNT එකතු නොකර තවත් පොහොර කාණ්ඩයක් සංසන්දනය කරනු ලබන අතර, අනෙකුත් ද්රව්ය සමාන වේ. ලබාගත් විසුරුවා හරින ලද පොහොර ඉසින වියළන පෝෂක ටැංකියකට මාරු කරනු ලබන අතර, නයිට්රජන්-ආරක්ෂිත වායුගෝලයක ඉසින වියළීම සිදු කරනු ලැබේ, ඇතුල්වීමේ සහ පිටවන උෂ්ණත්වය පිළිවෙලින් 180 සහ 90 °C වේ. ඉන්පසු කාබන් ආලේපන වර්ග දෙකක් සංසන්දනය කරන ලදී, ඝන අවධි ආලේපනය සහ ද්රව අවධි ආලේපනය. ඝන අවධි ආලේපන ක්රමය නම්: ඉසින-වියළන ලද කුඩු 20% ඇස්ෆල්ට් කුඩු සමඟ මිශ්ර කර ඇත (කොරියාවේ නිෂ්පාදිත, D50 5 μm), යාන්ත්රික මිශ්රණයක විනාඩි 10 ක් මිශ්ර කර, පෙර-ආලේපිත කුඩු ලබා ගැනීම සඳහා මිශ්ර කිරීමේ වේගය 2000 r/min වේ. ද්රව අවධි ආලේපන ක්රමය නම්: ඉසින-වියළන ලද කුඩු 55% ක ඝන අන්තර්ගතයකින් කුඩු වල දියකර ඇති 20% ඇස්ෆල්ට් අඩංගු සයිලීන් ද්රාවණයකට (ටියැන්ජින්, විශ්ලේෂණාත්මක ශ්රේණියේ) එකතු කර රික්තය ඒකාකාරව කලවම් කරනු ලැබේ. රික්ත උඳුනක 85℃ උෂ්ණත්වයේ පැය 4ක් පුළුස්සන්න, මිශ්ර කිරීම සඳහා යාන්ත්රික මික්සරයකට දමන්න, මිශ්ර කිරීමේ වේගය 2000 r/min වන අතර, පෙර-ආලේපිත කුඩු ලබා ගැනීම සඳහා මිශ්ර කිරීමේ කාලය මිනිත්තු 10 කි. අවසාන වශයෙන්, පෙර-ආලේපිත කුඩු භ්රමණ උඳුනක නයිට්රජන් වායුගෝලයක් යටතේ 5°C/min තාපන අනුපාතයකින් ගණනය කරන ලදී. එය මුලින්ම පැය 2ක් සඳහා 550°C නියත උෂ්ණත්වයක තබා, පසුව 800°C දක්වා රත් කර පැය 2ක් නියත උෂ්ණත්වයක තබා, පසුව ස්වභාවිකව 100°C ට අඩු උෂ්ණත්වයකට සිසිල් කර සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයක් ලබා ගැනීම සඳහා මුදා හරින ලදී.
1.2 චරිත නිරූපණ ක්රම
ද්රව්යයේ අංශු ප්රමාණයේ ව්යාප්තිය අංශු ප්රමාණයේ පරීක්ෂකයක් (Mastersizer 2000 අනුවාදය, එක්සත් රාජධානියේ නිෂ්පාදිත) භාවිතයෙන් විශ්ලේෂණය කරන ලදී. එක් එක් පියවරේදී ලබාගත් කුඩු, කුඩු වල රූප විද්යාව සහ ප්රමාණය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්රෝන අන්වීක්ෂය (Regulus8220, ජපානයේ නිෂ්පාදිත) ස්කෑන් කිරීම මගින් පරීක්ෂා කරන ලදී. ද්රව්යයේ අවධි ව්යුහය X-කිරණ කුඩු විවර්තන විශ්ලේෂකයක් (D8 ADVANCE, ජර්මනියේ නිෂ්පාදිත) භාවිතයෙන් විශ්ලේෂණය කරන ලද අතර, ද්රව්යයේ මූලද්රව්ය සංයුතිය ශක්ති වර්ණාවලි විශ්ලේෂකයක් භාවිතයෙන් විශ්ලේෂණය කරන ලදී. ලබාගත් සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යය CR2032 ආකෘතියේ බොත්තම් අර්ධ-සෛලයක් සෑදීමට භාවිතා කරන ලද අතර, සිලිකන්-කාබන්: SP: CNT: CMC: SBR හි ස්කන්ධ අනුපාතය 92:2:2:1.5:2.5 විය. කවුන්ටර ඉලෙක්ට්රෝඩය ලෝහ ලිතියම් පත්රයකි, ඉලෙක්ට්රෝලය වාණිජ ඉලෙක්ට්රෝලයකි (මාදිලිය 1901, කොරියාවේ නිෂ්පාදිත), සෙල්ගාඩ් 2320 ප්රාචීරය භාවිතා වේ, ආරෝපණ සහ විසර්ජන වෝල්ටීයතා පරාසය 0.005-1.5 V වේ, ආරෝපණ සහ විසර්ජන ධාරාව 0.1 C (1C = 1A), සහ විසර්ජන කැපුම් ධාරාව 0.05 C වේ.
සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යවල ක්රියාකාරිත්වය තවදුරටත් විමර්ශනය කිරීම සඳහා, ලැමිෙන්ටඩ් කුඩා මෘදු ඇසුරුම් බැටරි 408595 සාදන ලදී. ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩය NCM811 (හුනාන්, බැටරි ශ්රේණියේ නිෂ්පාදිත) භාවිතා කරන අතර සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ග්රැෆයිට් 8% සිලිකන්-කාබන් ද්රව්ය සමඟ මාත්රණය කර ඇත. ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩ ස්ලරි සූත්රය 96% NCM811, 1.2% පොලිවයිනයිලයිඩීන් ෆ්ලෝරයිඩ් (PVDF), 2% සන්නායක කාරක SP, 0.8% CNT, සහ NMP විසරණය ලෙස භාවිතා කරයි; සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ස්ලරි සූත්රය 96% සංයුක්ත සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, සහ ජලය විසරණය ලෙස භාවිතා කරයි. කලවම් කිරීමෙන් පසු, ආලේපනය, පෙරළීම, කැපීම, ලැමිෙන්ටේෂන්, ටැබ් වෙල්ඩින්, ඇසුරුම් කිරීම, ෙබ්කිං කිරීම, දියර එන්නත් කිරීම, සෑදීම සහ ධාරිතාව බෙදීම, 3 Ah ධාරිතාවක් සහිත ලැමිෙන්ටඩ් කුඩා මෘදු ඇසුරුම් බැටරි 408595 ක් සකස් කරන ලදී. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C සහ 3C අනුපාත කාර්ය සාධනය සහ 0.5C ආරෝපණ සහ 1C විසර්ජන චක්ර කාර්ය සාධනය පරීක්ෂා කරන ලදී. ආරෝපණ සහ විසර්ජන වෝල්ටීයතා පරාසය 2.8-4.2 V, නියත ධාරාව සහ නියත වෝල්ටීයතා ආරෝපණය වන අතර, කැපුම් ධාරාව 0.5C විය.
2 ප්රතිඵල සහ සාකච්ඡාව
මුල් සිලිකන් කුඩු ස්කෑන් ඉලෙක්ට්රෝන අන්වීක්ෂය (SEM) මගින් නිරීක්ෂණය කරන ලදී. සිලිකන් කුඩු අක්රමවත් ලෙස කැටිති සහිත වූ අතර, රූපය 1(a) හි පෙන්වා ඇති පරිදි අංශු ප්රමාණය 2μm ට වඩා අඩු විය. බෝල ඇඹරීමෙන් පසු, සිලිකන් කුඩු ප්රමාණය සැලකිය යුතු ලෙස 100 nm දක්වා අඩු කරන ලදී [රූපය 1(b)]. අංශු ප්රමාණයේ පරීක්ෂණයෙන් පෙන්නුම් කළේ බෝල ඇඹරීමෙන් පසු සිලිකන් කුඩු වල D50 110 nm සහ D90 175 nm බවයි. බෝල ඇඹරීමෙන් පසු සිලිකන් කුඩු වල රූප විද්යාව හොඳින් පරීක්ෂා කිරීමෙන් ෆ්ලේක් ව්යුහයක් පෙන්නුම් කරයි (ෆ්ලේක් ව්යුහය සෑදීම පසුව හරස්කඩ SEM වලින් තවදුරටත් සත්යාපනය කෙරේ). එබැවින්, අංශු ප්රමාණයේ පරීක්ෂණයෙන් ලබාගත් D90 දත්ත නැනෝ පත්රයේ දිග මානය විය යුතුය. SEM ප්රතිඵල සමඟ ඒකාබද්ධව, ලබාගත් නැනෝ පත්රයේ ප්රමාණය අවම වශයෙන් එක් මානයකින් ආරෝපණය කර විසර්ජනය කිරීමේදී සිලිකන් කුඩු කැඩී යාමේ 150 nm හි තීරණාත්මක අගයට වඩා කුඩා බව විනිශ්චය කළ හැකිය. ස්ඵටිකරූපී සිලිකන් වල ස්ඵටික තලවල විවිධ විඝටන ශක්තීන් නිසා පියලි රූප විද්යාව ගොඩනැගීම ප්රධාන වශයෙන් සිදු වේ, ඒ අතර සිලිකන් වල {111} තලයට {100} සහ {110} ස්ඵටික තලවලට වඩා අඩු විඝටන ශක්තියක් ඇත. එබැවින්, මෙම ස්ඵටික තලය බෝල ඇඹරීමෙන් වඩාත් පහසුවෙන් තුනී කර, අවසානයේ පියලි ව්යුහයක් සාදයි. පියලි ව්යුහය ලිහිල් ව්යුහයන් සමුච්චය වීමට හිතකර වන අතර, සිලිකන් පරිමාව ප්රසාරණය සඳහා ඉඩ වෙන් කරයි, සහ ද්රව්යයේ ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කරයි.
නැනෝ-සිලිකන්, CNT සහ ග්රැෆයිට් අඩංගු පොහොර ඉසින ලද අතර, ඉසීමට පෙර සහ පසු කුඩු SEM මගින් පරීක්ෂා කරන ලදී. ප්රතිඵල රූපය 2 හි දක්වා ඇත. ඉසීමට පෙර එකතු කරන ලද ග්රැෆයිට් අනුකෘතිය 5 සිට 20 μm දක්වා ප්රමාණයකින් යුත් සාමාන්ය ෆ්ලේක් ව්යුහයකි [රූපය 2(a)]. ග්රැෆයිට් වල අංශු ප්රමාණයේ ව්යාප්ති පරීක්ෂණයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ D50 15μm බවයි. ඉසීමෙන් පසු ලබා ගන්නා කුඩු වල ගෝලාකාර රූප විද්යාවක් ඇත [රූපය 2(b)], සහ ඉසීමෙන් පසු ආලේපන ස්ථරය මගින් ග්රැෆයිට් ආලේප කර ඇති බව දැකිය හැකිය. ඉසීමෙන් පසු කුඩු වල D50 26.2 μm වේ. ද්විතියික අංශු වල රූප විද්යාත්මක ලක්ෂණ SEM මගින් නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර, නැනෝ ද්රව්ය මගින් රැස් කරන ලද ලිහිල් සිදුරු සහිත ව්යුහයක ලක්ෂණ පෙන්වයි [රූපය 2(c)]. සිදුරු සහිත ව්යුහය සිලිකන් නැනෝෂීට් සහ CNT වලින් සමන්විත වන අතර ඒවා එකිනෙකට බැඳී ඇත [රූපය 2(d)], සහ පරීක්ෂණ නිශ්චිත මතුපිට ප්රදේශය (BET) 53.3 m2/g තරම් ඉහළ අගයක් ගනී. එමනිසා, ඉසීමෙන් පසු, සිලිකන් නැනෝෂීට් සහ CNT ස්වයං-එකලස් වී සිදුරු සහිත ව්යුහයක් සාදයි.
සිදුරු සහිත ස්ථරයට ද්රව කාබන් ආලේපනයක් සමඟ ප්රතිකාර කරන ලද අතර, කාබන් ආලේපන පූර්වගාමී තාරතාව සහ කාබනීකරණය එකතු කිරීමෙන් පසු, SEM නිරීක්ෂණය සිදු කරන ලදී. ප්රතිඵල රූපය 3 හි දක්වා ඇත. කාබන් පූර්ව ආලේපනයෙන් පසු, ද්විතියික අංශුවල මතුපිට සුමට වන අතර, පැහැදිලි ආලේපන තට්ටුවක් ඇති අතර, ආලේපනය සම්පූර්ණ වේ, රූප 3(a) සහ (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි. කාබනීකරණයෙන් පසු, මතුපිට ආලේපන ස්ථරය හොඳ ආලේපන තත්වයක් පවත්වා ගනී [රූපය 3(c)]. ඊට අමතරව, හරස්කඩ SEM රූපයේ තීරු හැඩැති නැනෝ අංශු [රූපය 3(d)] පෙන්වන අතර, එය නැනෝ පත්රවල රූප විද්යාත්මක ලක්ෂණ වලට අනුරූප වන අතර, බෝල ඇඹරීමෙන් පසු සිලිකන් නැනෝ පත්ර සෑදීම තවදුරටත් සත්යාපනය කරයි. ඊට අමතරව, රූපය 3(d) සමහර නැනෝ පත්ර අතර පිරවුම් ඇති බව පෙන්වයි. මෙය ප්රධාන වශයෙන් ද්රව අවධි ආලේපන ක්රමය භාවිතා කිරීම නිසාය. ඇස්ෆල්ට් ද්රාවණය ද්රව්යයට විනිවිද යනු ඇත, එවිට අභ්යන්තර සිලිකන් නැනෝ පත්රවල මතුපිට කාබන් ආලේපන ආරක්ෂිත තට්ටුවක් ලබා ගනී. එබැවින්, ද්රව අවධි ආලේපනය භාවිතා කිරීමෙන්, ද්විතියික අංශු ආලේපන ආචරණය ලබා ගැනීමට අමතරව, ප්රාථමික අංශු ආලේපනයේ ද්විත්ව කාබන් ආලේපන ආචරණය ද ලබා ගත හැකිය. කාබනීකෘත කුඩු BET මගින් පරීක්ෂා කරන ලද අතර, පරීක්ෂණ ප්රතිඵලය 22.3 m2/g විය.
කාබනීකෘත කුඩු හරස්කඩ ශක්ති වර්ණාවලි විශ්ලේෂණයට (EDS) භාජනය කරන ලද අතර, ප්රතිඵල රූපය 4(a) හි දක්වා ඇත. මයික්රෝන ප්රමාණයේ හරය ග්රැෆයිට් අනුකෘතියට අනුරූප වන C සංරචකයක් වන අතර පිටත ආලේපනයේ සිලිකන් සහ ඔක්සිජන් අඩංගු වේ. සිලිකන් වල ව්යුහය තවදුරටත් විමර්ශනය කිරීම සඳහා, එක්ස් කිරණ විවර්තන (XRD) පරීක්ෂණයක් සිදු කරන ලද අතර, ප්රතිඵල රූපය 4(b) හි දක්වා ඇත. ද්රව්යය ප්රධාන වශයෙන් ග්රැෆයිට් සහ තනි-ස්ඵටික සිලිකන් වලින් සමන්විත වන අතර, පැහැදිලි සිලිකන් ඔක්සයිඩ් ලක්ෂණ නොමැත, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ ශක්ති වර්ණාවලි පරීක්ෂණයේ ඔක්සිජන් සංරචකය ප්රධාන වශයෙන් සිලිකන් මතුපිට ස්වාභාවික ඔක්සිකරණයෙන් පැමිණෙන බවයි. සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යය S1 ලෙස සටහන් වේ.
සකස් කරන ලද සිලිකන්-කාබන් ද්රව්ය S1 බොත්තම්-වර්ගයේ අර්ධ-සෛල නිෂ්පාදනය සහ ආරෝපණ-විසර්ජන පරීක්ෂණවලට භාජනය කරන ලදී. පළමු ආරෝපණ-විසර්ජන වක්රය රූපය 5 හි දක්වා ඇත. ආපසු හැරවිය හැකි නිශ්චිත ධාරිතාව 1000.8 mAh/g වන අතර, පළමු චක්ර කාර්යක්ෂමතාව 93.9% තරම් ඉහළ අගයක් ගනී, එය සාහිත්යයේ වාර්තා කර ඇති පූර්ව-ලිතියේෂන් නොමැතිව බොහෝ සිලිකන්-පාදක ද්රව්යවල පළමු කාර්යක්ෂමතාවයට වඩා ඉහළ අගයක් ගනී. ඉහළ පළමු කාර්යක්ෂමතාවයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ සකස් කරන ලද සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයට ඉහළ ස්ථායිතාවයක් ඇති බවයි. සිදුරු සහිත ව්යුහය, සන්නායක ජාලය සහ කාබන් ආලේපනය සිලිකන්-කාබන් ද්රව්යවල ස්ථායිතාවයට ඇති බලපෑම් සත්යාපනය කිරීම සඳහා, CNT එකතු නොකර සහ ප්රාථමික කාබන් ආලේපනයකින් තොරව සිලිකන්-කාබන් ද්රව්ය වර්ග දෙකක් සකස් කරන ලදී.
CNT එකතු නොකර සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයේ කාබනීකෘත කුඩු වල රූප විද්යාව රූපය 6 හි දක්වා ඇත. ද්රව අවධි ආලේපනය සහ කාබනීකරනයෙන් පසුව, රූපය 6(a) හි ද්විතියික අංශු මතුපිට ආලේපන තට්ටුවක් පැහැදිලිව දැකගත හැකිය. කාබනීකෘත ද්රව්යයේ හරස්කඩ SEM රූපය 6(b) හි දක්වා ඇත. සිලිකන් නැනෝෂීට් ගොඩගැසීමට සිදුරු සහිත ලක්ෂණ ඇති අතර, BET පරීක්ෂණය 16.6 m2/g වේ. කෙසේ වෙතත්, CNT සමඟ ඇති අවස්ථාව හා සසඳන විට [රූපය 3(d) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, එහි කාබනීකෘත කුඩු වල BET පරීක්ෂණය 22.3 m2/g වේ], අභ්යන්තර නැනෝ-සිලිකන් ගොඩගැසීමේ ඝනත්වය වැඩි වන අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ CNT එකතු කිරීම සිදුරු සහිත ව්යුහයක් ගොඩනැගීම ප්රවර්ධනය කළ හැකි බවයි. ඊට අමතරව, ද්රව්යයට CNT විසින් ඉදිකරන ලද ත්රිමාණ සන්නායක ජාලයක් නොමැත. සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යය S2 ලෙස සටහන් වේ.
ඝන-අදියර කාබන් ආලේපනය මගින් සකස් කරන ලද සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයේ රූප විද්යාත්මක ලක්ෂණ රූපය 7 හි දක්වා ඇත. කාබනීකරණයෙන් පසු, රූපය 7(a) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මතුපිට පැහැදිලි ආලේපන තට්ටුවක් ඇත. රූපය 7(b) මඟින් හරස්කඩේ තීරු හැඩැති නැනෝ අංශු ඇති බව පෙන්නුම් කරන අතර එය නැනෝ පත්රවල රූප විද්යාත්මක ලක්ෂණ වලට අනුරූප වේ. නැනෝ පත්ර සමුච්චය වීම සිදුරු සහිත ව්යුහයක් සාදයි. අභ්යන්තර නැනෝ පත්රවල මතුපිට පැහැදිලි පිරවුමක් නොමැත, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ ඝන-අදියර කාබන් ආලේපනය සිදුරු සහිත ව්යුහයක් සහිත කාබන් ආලේපන තට්ටුවක් පමණක් සාදන බවත්, සිලිකන් නැනෝ පත්ර සඳහා අභ්යන්තර ආලේපන තට්ටුවක් නොමැති බවත්ය. මෙම සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යය S3 ලෙස සටහන් වේ.
බොත්තම් වර්ගයේ අර්ධ-සෛල ආරෝපණ සහ විසර්ජන පරීක්ෂණය S2 සහ S3 මත සිදු කරන ලදී. S2 හි නිශ්චිත ධාරිතාව සහ පළමු කාර්යක්ෂමතාව පිළිවෙලින් 1120.2 mAh/g සහ 84.8% වූ අතර, S3 හි නිශ්චිත ධාරිතාව සහ පළමු කාර්යක්ෂමතාව පිළිවෙලින් 882.5 mAh/g සහ 82.9% විය. ඝන-අදියර ආලේපිත S3 සාම්පලයේ නිශ්චිත ධාරිතාව සහ පළමු කාර්යක්ෂමතාව අවම වූ අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ සිදුරු සහිත ව්යුහයේ කාබන් ආලේපනය පමණක් සිදු කරන ලද බවත්, අභ්යන්තර සිලිකන් නැනෝෂීට් වල කාබන් ආලේපනය සිදු නොකළ බවත්, එමඟින් සිලිකන්-පාදක ද්රව්යයේ නිශ්චිත ධාරිතාවට පූර්ණ වාදනයක් ලබා දිය නොහැකි අතර සිලිකන්-පාදක ද්රව්යයේ මතුපිට ආරක්ෂා කළ නොහැකි බවත්ය. CNT නොමැතිව S2 සාම්පලයේ පළමු කාර්යක්ෂමතාව CNT අඩංගු සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයට වඩා අඩු වූ අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ හොඳ ආලේපන තට්ටුවක් මත පදනම්ව, සන්නායක ජාලය සහ ඉහළ මට්ටමේ සිදුරු සහිත ව්යුහයක් සිලිකන්-කාබන් ද්රව්යයේ ආරෝපණ සහ විසර්ජන කාර්යක්ෂමතාව වැඩිදියුණු කිරීමට හිතකර බවයි.
අනුපාත ක්රියාකාරිත්වය සහ චක්ර ක්රියාකාරිත්වය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා කුඩා මෘදු-ඇසුරුම් සම්පූර්ණ බැටරියක් සෑදීමට S1 සිලිකන්-කාබන් ද්රව්ය භාවිතා කරන ලදී. විසර්ජන අනුපාත වක්රය රූපය 8(a) හි දක්වා ඇත. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C සහ 3C හි විසර්ජන ධාරිතාවන් පිළිවෙලින් 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 සහ 1.021 Ah වේ. 1C විසර්ජන අනුපාතය 98.3% තරම් ඉහළ අගයක් ගනී, නමුත් 2C විසර්ජන අනුපාතය 73.3% දක්වා පහත වැටෙන අතර 3C විසර්ජන අනුපාතය තවදුරටත් 34.4% දක්වා පහත වැටේ. සිලිකන් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ හුවමාරු කණ්ඩායමට සම්බන්ධ වීමට, කරුණාකර WeChat: shimobang එක් කරන්න. ආරෝපණ අනුපාතය අනුව, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C සහ 3C ආරෝපණ ධාරිතාවන් පිළිවෙලින් 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 සහ 2.289 Ah වේ. 1C ආරෝපණ අනුපාතය 96.7% ක් වන අතර, 2C ආරෝපණ අනුපාතය තවමත් 84.3% දක්වා ළඟා වේ. කෙසේ වෙතත්, රූපය 8(b) හි ආරෝපණ වක්රය නිරීක්ෂණය කිරීමෙන්, 2C ආරෝපණ වේදිකාව 1C ආරෝපණ වේදිකාවට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස විශාල වන අතර, එහි නියත වෝල්ටීයතා ආරෝපණ ධාරිතාව බොහෝ දුරට (55%) හේතු වේ, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ 2C නැවත ආරෝපණය කළ හැකි බැටරියේ ධ්රැවීකරණය දැනටමත් ඉතා විශාල බවයි. සිලිකන්-කාබන් ද්රව්යයට 1C හි හොඳ ආරෝපණ සහ විසර්ජන කාර්ය සාධනයක් ඇත, නමුත් ඉහළ අනුපාත කාර්ය සාධනයක් ලබා ගැනීම සඳහා ද්රව්යයේ ව්යුහාත්මක ලක්ෂණ තවදුරටත් වැඩිදියුණු කළ යුතුය. රූපය 9 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, චක්ර 450 කට පසු, ධාරිතාව රඳවා ගැනීමේ අනුපාතය 78% ක් වන අතර එය හොඳ චක්ර කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කරයි.
චක්රයට පෙර සහ පසු ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට තත්ත්වය SEM මගින් විමර්ශනය කරන ලද අතර, ප්රතිඵල රූපය 10 හි දක්වා ඇත. චක්රයට පෙර, ග්රැෆයිට් සහ සිලිකන්-කාබන් ද්රව්යවල මතුපිට පැහැදිලිය [රූපය 10(a)]; චක්රයෙන් පසු, මතුපිට පැහැදිලිවම ආලේපන තට්ටුවක් ජනනය වේ [රූපය 10(b)], එය ඝන SEI පටලයකි. SEI පටල රළුබවක්රියාකාරී ලිතියම් පරිභෝජනය ඉහළ මට්ටමක පවතින අතර එය චක්ර ක්රියාකාරිත්වයට හිතකර නොවේ. එබැවින්, සුමට SEI පටලයක් සෑදීම ප්රවර්ධනය කිරීම (කෘතිම SEI පටල ඉදිකිරීම, සුදුසු ඉලෙක්ට්රෝලය ආකලන එකතු කිරීම යනාදිය) චක්ර ක්රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කළ හැකිය. චක්රයෙන් පසු සිලිකන්-කාබන් අංශුවල හරස්කඩ SEM නිරීක්ෂණය [රූපය 10(c)] පෙන්නුම් කරන්නේ මුල් තීරු හැඩැති සිලිකන් නැනෝ අංශු රළු වී ඇති බවත් සිදුරු සහිත ව්යුහය මූලික වශයෙන් ඉවත් කර ඇති බවත්ය. මෙය ප්රධාන වශයෙන් චක්රය අතරතුර සිලිකන්-කාබන් ද්රව්යයේ අඛණ්ඩ පරිමාව ප්රසාරණය සහ හැකිලීම නිසාය. එබැවින්, සිලිකන්-පාදක ද්රව්යයේ පරිමාව ප්රසාරණය සඳහා ප්රමාණවත් බෆර ඉඩක් ලබා දීම සඳහා සිදුරු සහිත ව්යුහය තවදුරටත් වැඩිදියුණු කළ යුතුය.
3 නිගමනය
සිලිකන් මත පදනම් වූ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යවල පරිමාව ප්රසාරණය, දුර්වල සන්නායකතාවය සහ දුර්වල අතුරුමුහුණත් ස්ථායිතාව මත පදනම්ව, මෙම පත්රිකාව සිලිකන් මත පදනම් වූ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යවල ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා සිලිකන් නැනෝෂීට් වල රූප විද්යාත්මක හැඩගැස්වීම, සිදුරු සහිත ව්යුහ ඉදිකිරීම, සන්නායක ජාල ඉදිකිරීම සහ සමස්ත ද්විතියික අංශුවල සම්පූර්ණ කාබන් ආලේපනය වැනි ඉලක්කගත වැඩිදියුණු කිරීම් සිදු කරයි. සිලිකන් නැනෝෂීට් සමුච්චය වීමෙන් සිදුරු සහිත ව්යුහයක් සෑදිය හැකිය. CNT හඳුන්වාදීම සිදුරු සහිත ව්යුහයක් ගොඩනැගීම තවදුරටත් ප්රවර්ධනය කරනු ඇත. ද්රව අවධි ආලේපනය මගින් සකස් කරන ලද සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයට ඝන අවධි ආලේපනය මගින් සකස් කරන ලද දෙයට වඩා ද්විත්ව කාබන් ආලේපන බලපෑමක් ඇති අතර ඉහළ නිශ්චිත ධාරිතාවක් සහ පළමු කාර්යක්ෂමතාවයක් පෙන්නුම් කරයි. ඊට අමතරව, CNT අඩංගු සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයේ පළමු කාර්යක්ෂමතාව CNT නොමැතිව වඩා වැඩි වන අතර, එය ප්රධාන වශයෙන් සිලිකන් මත පදනම් වූ ද්රව්යවල පරිමාව ප්රසාරණය සමනය කිරීමට සිදුරු සහිත ව්යුහයේ හැකියාවේ ඉහළ මට්ටම නිසාය. CNT හඳුන්වාදීම ත්රිමාණ සන්නායක ජාලයක් ගොඩනඟනු ඇත, සිලිකන් මත පදනම් වූ ද්රව්යවල සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කරනු ඇත, සහ 1C හි හොඳ අනුපාත කාර්ය සාධනයක් පෙන්වනු ඇත; සහ ද්රව්යය හොඳ චක්ර කාර්ය සාධනයක් පෙන්වයි. කෙසේ වෙතත්, සිලිකන් පරිමාව ප්රසාරණය සඳහා ප්රමාණවත් ස්වාරක්ෂක ඉඩක් ලබා දීම සඳහා සහ සුමට ද්රාවණයක් සෑදීම ප්රවර්ධනය කිරීම සඳහා ද්රව්යයේ සිදුරු සහිත ව්යුහය තවදුරටත් ශක්තිමත් කළ යුතුය.සහ සිලිකන්-කාබන් සංයුක්ත ද්රව්යයේ චක්රීය ක්රියාකාරිත්වය තවදුරටත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා ඝන SEI පටලයක්.
ඔක්සිකරණය, විසරණය සහ ඇනීලිං වැනි වේෆර් සැකසුම් සඳහා බහුලව භාවිතා වන අධි-පිරිසිදු මිනිරන් සහ සිලිකන් කාබයිඩ් නිෂ්පාදන ද අපි සපයන්නෙමු.
වැඩිදුර සාකච්ඡාවක් සඳහා අප වෙත පැමිණෙන ලෙස ලොව පුරා සිටින ඕනෑම පාරිභෝගිකයෙකු සාදරයෙන් පිළිගනිමු!
https://www.vet-china.com/ www.vet-china.com/ www.vet-china.com .
පළ කිරීමේ කාලය: නොවැම්බර්-13-2024