צוגרייטונג און פאָרשטעלונג פֿאַרבעסערונג פון פּאָרעז סיליקאָן קאַרבאָן קאָמפּאָסיט מאַטעריאַלס

ליטיום-יאָן באַטעריעס אַנטוויקלען זיך מערסטנס אין דער ריכטונג פון הויכער ענערגיע געדיכטקייט. ביי צימער טעמפּעראַטור, ווערן סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיווע עלעקטראָד מאַטעריאַלן צומישט מיט ליטיום צו פּראָדוצירן אַ ליטיום-רייכע פּראָדוקט Li3.75Si פאַזע, מיט אַ ספּעציפֿישער קאַפּאַציטעט פון ביז 3572 mAh/g, וואָס איז פיל העכער ווי די טעאָרעטישע ספּעציפֿישע קאַפּאַציטעט פון גראַפיט נעגאַטיווע עלעקטראָד 372 mAh/g. אָבער, בעת דעם איבערחזרנדיקן אָפּלאָדן און אָפּלאָדן פּראָצעס פון סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיווע עלעקטראָד מאַטעריאַלן, קען די פאַזע טראַנספאָרמאַציע פון ​​Si און Li3.75Si פּראָדוצירן אַ ריזיקע וואָלומען יקספּאַנשאַן (וועגן 300%), וואָס וועט פירן צו סטרוקטורעלער פּודערינג פון עלעקטראָד מאַטעריאַלן און קאָנטינויִערלעך פאָרמירונג פון SEI פילם, און לעסאָף פאַרשאַפן די קאַפּאַציטעט צו ראַפּאַדלי פאַלן. די אינדוסטריע פֿאַרבעסערט מערסטנס די פאָרשטעלונג פון סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיווע עלעקטראָד מאַטעריאַלן און די פעסטקייט פון סיליקאָן-באַזירטע באַטעריעס דורך נאַנאָ-סייזינג, טשאַד קאָוטינג, פּאָרע פאָרמירונג און אַנדערע טעכנאָלאָגיעס.

קאַרבאָן מאַטעריאַלן האָבן גוטע קאַנדאַקטיוויטי, נידעריק קאָסטן, און ברייטע קוואלן. זיי קענען פֿאַרבעסערן די קאַנדאַקטיוויטי און ייבערפלאַך פעסטקייט פון סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן. זיי ווערן פּרעפֿערענציעל גענוצט ווי פאָרשטעלונג פֿאַרבעסערונג אַדאַטיווז פֿאַר סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיוו עלעקטראָדעס. סיליקאָן-קאַרבאָן מאַטעריאַלן זענען די הויפּטשטראָם אַנטוויקלונג ריכטונג פון סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיוו עלעקטראָדעס. קאַרבאָן קאָוטינג קען פֿאַרבעסערן די ייבערפלאַך פעסטקייט פון סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן, אָבער זיין פיייקייט צו פאַרהיטן סיליקאָן באַנד יקספּאַנשאַן איז אַלגעמיין און קען נישט סאָלווע די פּראָבלעם פון סיליקאָן באַנד יקספּאַנשאַן. דעריבער, כּדי צו פֿאַרבעסערן די פעסטקייט פון סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן, דאַרפֿן פּאָרעז סטראַקטשערז צו זיין קאַנסטראַקטאַד. פּילקע מילינג איז אַן אינדוסטריאַליזירט מעטאָד פֿאַר צוגרייטן נאַנאָמאַטעריאַלס. פאַרשידענע אַדאַטיווז אָדער מאַטעריאַל קאַמפּאָונאַנץ קענען זיין צוגעגעבן צו די סלאַרי באקומען דורך פּילקע מילינג לויט די פּלאַן רעקווירעמענץ פון די קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַל. די סלאַרי איז יוואַנלי דיספּערסט דורך פאַרשידענע סלעריז און שפּריץ-דרוק. בעשאַס די אינסטאַנטאַני דרייינג פּראָצעס, די נאַנאָפּאַרטיקלעס און אנדערע קאַמפּאָונאַנץ אין די סלאַרי וועלן ספּאַנטייניאַסלי פאָרעם פּאָרעז סטראַקטשעראַל קעראַקטעריסטיקס. דעם פּאַפּיר ניצט אינדוסטריאַליזירט און ינווייראַנמענאַלי פרייַנדלעך פּילקע מילינג און שפּריץ דרייינג טעכנאָלאָגיע צו צוגרייטן פּאָרעז סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן.

די פאָרשטעלונג פון סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן קען אויך פֿאַרבעסערט ווערן דורך רעגולירן די מאָרפאָלאָגיע און פֿאַרשפּרייטונג קעראַקטעריסטיקס פון סיליקאָן נאַנאָמאַטעריאַלן. איצט, סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן מיט פֿאַרשידענע מאָרפאָלאָגיעס און פֿאַרשפּרייטונג קעראַקטעריסטיקס זענען צוגעגרייט געוואָרן, אַזאַ ווי סיליקאָן נאַנאָראַדז, פּאָרעז גראַפיט עמבעדיד נאַנאָסיליקאָן, נאַנאָסיליקאָן פֿאַרשפּרייט אין טשאַד ספֿערעס, סיליקאָן/גראַפֿען אַרעי פּאָרעז סטרוקטורן, עטק. אין דער זעלביקער וואָג, קאַמפּערד מיט נאַנאָפּאַרטיקלען, קענען נאַנאָשיטס בעסער סאַפּרעס די קראַשינג פּראָבלעם געפֿירט דורך וואָלומען יקספּאַנשאַן, און דער מאַטעריאַל האט אַ העכער קאָמפּאַקשאַן געדיכטקייט. די דיסאָרדערד סטאַקינג פון נאַנאָשיטס קען אויך שאַפֿן אַ פּאָרעז סטרוקטור. צו פאַרבינדן די סיליקאָן נעגאַטיוו עלעקטראָוד וועקסל גרופּע. צושטעלן אַ באַפֿער פּלאַץ פֿאַר די וואָלומען יקספּאַנשאַן פון סיליקאָן מאַטעריאַלן. די הקדמה פון טשאַד נאַנאָטובעס (CNTs) קען ניט בלויז פֿאַרבעסערן די קאַנדאַקטיוויטי פון דעם מאַטעריאַל, אָבער אויך העכערן די פאָרמירונג פון פּאָרעז סטרוקטורן פון דעם מאַטעריאַל רעכט צו זייַן איין-דימענשאַנאַל מאָרפאַלאַדזשיקאַל קעראַקטעריסטיקס. עס זענען קיין באַריכטן אויף פּאָרעז סטרוקטורן קאַנסטראַקטאַד דורך סיליקאָן נאַנאָסשיטס און CNTs. די דאזיגע פאפיר נעמט אן די אינדוסטריעל אנwendבארע קויל מילינג, גרינדינג און דיספערזיע, שפריץ טריקעניש, קוילנשטאף פאר-קאָוטינג און קאַלסינאציע מעטאָדן, און פירט איין פּאָרעזע פּראָמאָטערס אין דעם צוגרייטונג פּראָצעס צו צוגרייטן פּאָרעזע סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיווע עלעקטראָד מאַטעריאַלן געשאפן דורך זיך-אַסעמבלי פון סיליקאָן נאַנאָשיטס און CNTs. דער צוגרייטונג פּראָצעס איז פּשוט, סביבה-פרייַנדלעך, און קיין וויסט פליסיק אָדער וויסט רעזאַדו ווערט נישט דזשענערירט. עס זענען פילע ליטעראַטור באַריכטן וועגן קוילנשטאף קאָוטינג פון סיליקאָן-באַזירטע מאַטעריאַלן, אָבער עס זענען ווייניק טיף דיסקוסיעס וועגן דעם ווירקונג פון קאָוטינג. די דאזיגע פאפיר ניצט אַספֿאַלט ווי די קוילנשטאף מקור צו אויספאָרשן די ווירקונגען פון צוויי קוילנשטאף קאָוטינג מעטאָדן, פליסיק פאַסע קאָוטינג און האַרט פאַסע קאָוטינג, אויף דעם קאָוטינג ווירקונג און די פאָרשטעלונג פון סיליקאָן-באַזירטע נעגאַטיווע עלעקטראָד מאַטעריאַלן.

1 עקספּערימענט

1.1 מאַטעריאַל צוגרייטונג

די צוגרייטונג פון פּאָרעזע סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַלן נעמט הויפּטזעכלעך איין פינף טריט: קויל-מילינג, גרינדן און דיספּערסיע, שפּריץ-טריקעניש, קאַרבאָן פאַר-קאָוטינג און קאַרבאָניזאַציע. ערשטנס, וועגט מען 500 ג פון ערשטן סיליקאָן פּודער (היימישע, 99.99% ריינקייט), לייגט צו 2000 ג פון יסאָפּראָפּאַנאָל, און דורכפירט נאַסע קויל-מילינג מיט אַ קויל-מילינג גיכקייט פון 2000 ר/מין פֿאַר 24 שעה צו באַקומען נאַנאָ-וואָג סיליקאָן סלאַרי. די באַקומענע סיליקאָן סלאַרי ווערט טראַנספערד צו אַ דיספּערסיע טראַנספער טאַנק, און די מאַטעריאַלן ווערן צוגעגעבן לויטן מאַסע פאַרהעלטעניש פון סיליקאָן: גראַפיט (פּראָדוצירט אין שאַנגהאַי, באַטעריע גראַד): קאַרבאָן נאַנאָטובעס (פּראָדוצירט אין טיאַנדזשין, באַטעריע גראַד): פּאָליוויניל פּיראָלידאָן (פּראָדוצירט אין טיאַנדזשין, אַנאַליטיש גראַד) = 40:60:1.5:2. יסאָפּראָפּאַנאָל ווערט גענוצט צו סטרויערן דעם האַרטן אינהאַלט, און דער האַרטער אינהאַלט איז דיזיינד צו זיין 15%. גרינדן און דיספּערסיע ווערן דורכגעפירט מיט אַ דיספּערסיע גיכקייט פון 3500 ר/מין פֿאַר 4 שעה. נאך א גרופע פון ​​שלעגערייען אן צולייגן CNTs ווערט פארגליכן, און די אנדערע מאטעריאלן זענען די זעלבע. די באקומענע צעשפרייטע שלעגעריי ווערט דערנאך אריבערגעפירט צו א שפריץ-טריקעניש פיטער טאנק, און שפריץ-טריקעניש ווערט דורכגעפירט אין א שטיקשטאף-געשיצטער אטמאספערע, מיט די אריינגאנג און ארויסגאנג טעמפעראטורן זייענדיג 180 און 90 °C, בהתאמה. דערנאך זענען צוויי טיפן קוילן-באדעקונג פארגליכן געווארן, פעסט-פאזע באדעקונג און פליסיק-פאזע באדעקונג. די פעסט-פאזע באדעקונג מעטאד איז: דער שפריץ-געטריקנטער פודער ווערט געמישט מיט 20% אספאלט פודער (געמאכט אין קארעע, D50 איז 5 μm), געמישט אין א מעכאנישן מיקסער פאר 10 מינוט, און די מיש-געשווינדיקייט איז 2000 r/min צו באקומען פאר-באדעקטן פודער. די פליסיק-פאזע באדעקונג מעטאד איז: דער שפריץ-געטריקנטער פודער ווערט צוגעגעבן צו א קסילען לייזונג (געמאכט אין טיאַנדזשין, אנאליטישע גראד) וואס אנטהאלט 20% אספאלט אויפגעלייזט אין דעם פודער מיט א פעסטן אינהאלט פון 55%, און וואקיום-גערודערט גלייך. באַקן אין אַ וואַקוום אויוון ביי 85℃ פֿאַר 4 שעה, לייגן אין אַ מעכאַנישן מיקסער פֿאַר מישן, די מיש גיכקייט איז 2000 ר/מינוט, און די מיש צייט איז 10 מינוט צו באַקומען פאַר-באדעקט פּודער. צום סוף, די פאַר-באדעקט פּודער איז קאַלסינירט אין אַ ראָטייטינג אויוון אונטער אַ שטיקשטאָף אַטמאָספער מיט אַ היץ קורס פון 5°C/מינוט. עס איז ערשטער געהאלטן ביי אַ קאָנסטאַנט טעמפּעראַטור פון 550°C פֿאַר 2 שעה, דערנאָך ווייטער וואַרעם ביז 800°C און געהאלטן ביי אַ קאָנסטאַנט טעמפּעראַטור פֿאַר 2 שעה, און דערנאָך נאַטירלעך אָפּגעקילט צו אונטער 100°C און אַרויסגעלאָזט צו באַקומען אַ סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל.

1.2 כאַראַקטעריזאַציע מעטאָדן

די פּאַרטיקל גרייס פאַרשפּרייטונג פון דעם מאַטעריאַל איז אַנאַליזירט געוואָרן מיט אַ פּאַרטיקל גרייס טעסטער (מאַסטערסייזער 2000 ווערסיע, געמאַכט אין די וק). די פּודערס באַקומען אין יעדן שריט זענען טעסטעד געוואָרן דורך סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (רעגולוס8220, געמאַכט אין יאַפּאַן) צו ונטערזוכן די מאָרפאָלאָגיע און גרייס פון די פּודערס. די פאַזע סטרוקטור פון דעם מאַטעריאַל איז אַנאַליזירט געוואָרן מיט אַן X-שטראַל פּודער דיפראַקשאַן אַנאַליזער (D8 ADVANCE, געמאַכט אין דייַטשלאַנד), און די עלעמענטאַרע זאַץ פון דעם מאַטעריאַל איז אַנאַליזירט געוואָרן מיט אַן ענערגיע ספּעקטרום אַנאַליזער. דער באַקומענער סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל איז געניצט געוואָרן צו מאַכן אַ קנעפּל האַלב-צעל פון מאָדעל CR2032, און די מאַסע פאַרהעלטעניש פון סיליקאָן-קאַרבאָן: SP: CNT: CMC: SBR איז געווען 92:2:2:1.5:2.5. דער קעגן-עלעקטראָד איז אַ מעטאַל ליטיום בויגן, דער עלעקטראָליט איז אַ קאמערציעלער עלעקטראָליט (מאָדעל 1901, געמאַכט אין קארעע), סעלגאַרד 2320 דיאַפֿראַגם ווערט גענוצט, דער אָפּלאָד און אָפּלאָדן וואָולטאַזש קייט איז 0.005-1.5 V, דער אָפּלאָד און אָפּלאָדן קראַנט איז 0.1 C (1C = 1A), און דער אָפּלאָדן קאַט-אָף קראַנט איז 0.05 C.

כּדי ווייטער צו אויספאָרשן די פאָרשטעלונג פון סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַלן, איז געמאַכט געוואָרן לאַמינירט קליינע ווייכע-פּאַק באַטעריע 408595. דער פּאָזיטיווער עלעקטראָד ניצט NCM811 (געמאַכט אין הונאַן, באַטעריע גראַד), און דער נעגאַטיווער עלעקטראָד גראַפיט איז דאָפּירט מיט 8% סיליקאָן-קאַרבאָן מאַטעריאַל. די פּאָזיטיווער עלעקטראָד שלייַם פאָרמולע איז 96% NCM811, 1.2% פּאָליווינילידען פלאָריד (PVDF), 2% קאַנדאַקטיוו אַגענט SP, 0.8% CNT, און NMP ווערט גענוצט ווי אַ דיספּערסאַנט; די נעגאַטיווע עלעקטראָד שלייַם פאָרמולע איז 96% קאָמפּאָזיט נעגאַטיוו עלעקטראָד מאַטעריאַל, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, און וואַסער ווערט גענוצט ווי אַ דיספּערסאַנט. נאָך מישן, קאָוטינג, וואַלגינג, שניידן, לאַמינירן, טאַב וועַלדינג, פּאַקאַדזשינג, באַקן, פליסיק ינדזשעקשאַן, פאָרמאַציע און קאַפּאַציטעט דיוויזשאַן, זענען צוגעגרייט געוואָרן 408595 לאַמינירט קליינע ווייכע פּאַק באַטעריעס מיט אַ רייטאַד קאַפּאַציטעט פון 3 Ah. די ראַטע פאָרשטעלונג פון 0.2C, 0.5C, 1C, 2C און 3C און די ציקל פאָרשטעלונג פון 0.5C טשאַרדזשינג און 1C דיסטשאַרדזש זענען געטעסט געוואָרן. די טשאַרדזשינג און דיסטשאַרדזשינג וואָולטידזש קייט איז געווען 2.8-4.2 V, קאָנסטאַנט קראַנט און קאָנסטאַנט וואָולטידזש טשאַרדזשינג, און די קאַט-אָף קראַנט איז געווען 0.5C.

2 רעזולטאַטן און דיסקוסיע

דער ערשטער סיליקאן פּודער איז באמערקט געוואָרן דורך סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (SEM). דער סיליקאן פּודער איז געווען ירעגולער גראַניאַלער מיט אַ פּאַרטיקל גרייס פון ווייניקער ווי 2μm, ווי געוויזן אין פיגור 1(a). נאָך באַל מילינג, איז די גרייס פון דעם סיליקאן פּודער באַדייטנד רידוסט געוואָרן צו אַרום 100 נם [פיגור 1(b)]. דער פּאַרטיקל גרייס טעסט האט געוויזן אַז די D50 פון דעם סיליקאן פּודער נאָך באַל מילינג איז געווען 110 נם און די D90 איז געווען 175 נם. א קערפולע אויספאָרשונג פון דער מאָרפאָלאָגיע פון ​​סיליקאן פּודער נאָך באַל מילינג ווייזט אַ פלאַקיק סטרוקטור (די פאָרמירונג פון דער פלאַקיק סטרוקטור וועט ווייטער וועריפיצירט ווערן פון די קראָס-סעקשאַנאַל SEM שפּעטער). דעריבער, די D90 דאַטן באַקומען פון דעם פּאַרטיקל גרייס טעסט זאָל זיין די לענג דימענסיע פון ​​די נאַנאָשיכט. צוזאַמען מיט די SEM רעזולטאַטן, קען מען משפּטן אַז די גרייס פון די באַקומען נאַנאָשיכט איז קלענער ווי די קריטיש ווערט פון 150 נם פון די ברייקידזש פון סיליקאן פּודער בעשאַס טשאַרדזשינג און דיסטשאַרדזשינג אין לפּחות איין דימענסיע. די פאָרמירונג פון דער פלעקיגער מאָרפאָלאָגיע איז דער הויפּט צוליב די פֿאַרשידענע דיסאָסיאַציע ענערגיעס פֿון די קריסטאַל פּלענער פֿון קריסטאַלינעם סיליקאָן, צווישן וועלכע די {111} פּלענער פֿון סיליקאָן האָבן אַ נידעריקערע דיסאָסיאַציע ענערגיע ווי די {100} און {110} קריסטאַל פּלענער. דעריבער, ווערט די קריסטאַל פּלענער גרינגער פֿאַרדיןן דורך באַל מילינג, און לעסאָף פֿאָרמירט זי אַ פלעקיגע סטרוקטור. די פלעקיגע סטרוקטור איז גינסטיק צו דער אַקיומיאַליישאַן פֿון לויזע סטרוקטורן, רעזערווירט פּלאַץ פֿאַר דער וואָלומען יקספּאַנשאַן פֿון סיליקאָן, און פֿאַרבעסערט די סטאַביליטעט פֿון דעם מאַטעריאַל.

די שלייַם מיט נאַנאָ-סיליקאָן, CNT און גראַפיט איז געשפּריצט געוואָרן, און דער פּודער פֿאַר און נאָך שפּריצן איז געפּrüפֿט געוואָרן דורך SEM. די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פֿיגור 2. די גראַפיט מאַטריץ וואָס איז צוגעגעבן געוואָרן פֿאַר שפּריצן איז אַ טיפּישע פֿלעיק סטרוקטור מיט אַ גרייס פֿון 5 ביז 20 מיקראָמעטער [פֿיגור 2(אַ)]. דער פּאַרטיקל גרייס פֿאַרטיילונג טעסט פֿון גראַפיט ווייזט אַז D50 איז 15 מיקראָמעטער. דער פּודער וואָס ווערט באַקומען נאָך שפּריצן האט אַ ספֿערישע מאָרפֿאָלאָגיע [פֿיגור 2(ב)], און מען קען זען אַז דער גראַפיט איז באַדעקט מיט דער באַדעקונג שיכט נאָך שפּריצן. דער D50 פֿון דעם פּודער נאָך שפּריצן איז 26.2 מיקראָמעטער. די מאָרפֿאָלאָגישע כאַראַקטעריסטיקס פֿון די צווייטיקע פּאַרטיקלען זענען באַאָבאַכטעט געוואָרן דורך SEM, וואָס ווײַזט די כאַראַקטעריסטיקס פֿון אַ לויזער פּאָרעזער סטרוקטור וואָס איז אַקיומיאַלירט געוואָרן דורך נאַנאָמאַטעריאַלן [פֿיגור 2(ג)]. די פּאָרעזער סטרוקטור איז צוזאַמענגעשטעלט פֿון סיליקאָן נאַנאָשיטן און CNTs פֿאַרבונדן איינער מיטן אַנדערן [פֿיגור 2(ד)], און די טעסט ספּעציפֿישע ייבערפֿלאַך שטח (BET) איז אַזוי הויך ווי 53.3 מ²/ג. דעריבער, נאך שפריצן, סיליקאן נאַנאָשיטן און CNTs זיך אליין צוזאמענשטעלן צו שאפן א פּאָרעזע סטרוקטור.

די פּאָרעזע שיכט איז באַהאַנדלט געוואָרן מיט פליסיגע קאַרבאָן קאָוטינג, און נאָך צולייגן קאַרבאָן קאָוטינג פאָרגייער פּעך און קאַרבאָניזאַציע, איז דורכגעפירט געוואָרן SEM אָבסערוואַציע. די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פיגור 3. נאָך קאַרבאָן פאָר-קאָוטינג, ווערט די ייבערפלאַך פון די צווייטיקע פּאַרטיקלען גלאַט, מיט אַ קלאָרער קאָוטינג שיכט, און די קאָוטינג איז גאַנץ, ווי געוויזן אין פיגורן 3(אַ) און (ב). נאָך קאַרבאָניזאַציע, האַלט די ייבערפלאַך קאָוטינג שיכט אַ גוטן קאָוטינג צושטאַנד [פיגור 3(ג)]. אין דערצו, ווייזט די קראָס-סעקשאַנאַל SEM בילד סטריפּ-שייפּט נאַנאָפּאַרטיקלען [פיגור 3(ד)], וואָס קאָרעספּאָנדירן צו די מאָרפאָלאָגישע קעראַקטעריסטיקס פון נאַנאָשיטן, ווייטער וועראַפייינג די פאָרמירונג פון סיליקאָן נאַנאָשיטן נאָך פּילקע מילינג. אין דערצו, ווייזט פיגור 3(ד) אַז עס זענען פילערז צווישן עטלעכע נאַנאָשיטן. דאָס איז דער הויפּט רעכט צו דער נוצן פון פליסיק פאַסע קאָוטינג מעטאָד. די אַספֿאַלט לייזונג וועט דורכדרינגען אין דעם מאַטעריאַל, אַזוי אַז די ייבערפלאַך פון די ינערלעך סיליקאָן נאַנאָשיטן באַקומט אַ קאַרבאָן קאָוטינג פּראַטעקטיוו שיכט. דעריבער, דורך נוצן פליסיק פאַסע קאָוטינג, אין דערצו צו באַקומען די צווייטיק פּאַרטיקל קאָוטינג ווירקונג, קען מען אויך באַקומען די טאָפּל קאַרבאָן קאָוטינג ווירקונג פון ערשטיק פּאַרטיקל קאָוטינג. דער קאַרבאָניזירטער פּודער איז געטעסט געוואָרן דורך BET, און דער רעזולטאַט פון דעם טעסט איז געווען 22.3 מ²/ג.

דער קאַרבאָניזירטער פּודער איז אונטערגעוואָרפן געוואָרן צו אַ קראָס-סעקשאַנאַל ענערגיע ספּעקטרום אַנאַליז (EDS), און די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פיגור 4(a). דער מיקראָן-גרייס קערן איז C קאָמפּאָנענט, וואָס קאָרעספּאָנדירט צו דער גראַפיט מאַטריץ, און די אויסערלעכע באַדעקונג כּולל סיליקאָן און זויערשטאָף. צו ווייטער אויספאָרשן די סטרוקטור פון סיליקאָן, איז דורכגעפירט געוואָרן אַן X-שטראַל דיפראַקציע (XRD) טעסט, און די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פיגור 4(b). דער מאַטעריאַל איז דער הויפּט צוזאַמענגעשטעלט פון גראַפיט און איין-קריסטאַל סיליקאָן, אָן קיין קלאָרע סיליקאָן אָקסייד קעראַקטעריסטיקס, וואָס ווייַזט אַז דער זויערשטאָף קאָמפּאָנענט פון דעם ענערגיע ספּעקטרום טעסט קומט דער הויפּט פון דער נאַטירלעכער אַקסאַדיישאַן פון דער סיליקאָן ייבערפלאַך. דער סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל איז רעקאָרדירט ​​ווי S1.

דאס צוגעגרייטע סיליקאן-קוילנשטאָף מאַטעריאַל S1 איז אונטערגעוואָרפן געוואָרן צו קנעפּל-טיפּ האַלב-צעל פּראָדוקציע און אָפּלאָד-אויסלאָדן טעסץ. די ערשטע אָפּלאָד-אויסלאָדן קורווע ווערט געוויזן אין פיגור 5. די ריווערסאַבאַל ספּעציפֿישע קאַפּאַציטעט איז 1000.8 mAh/g, און די ערשטע ציקל עפעקטיווקייט איז אַזוי הויך ווי 93.9%, וואָס איז העכער ווי די ערשטע עפעקטיווקייט פון רובֿ סיליקאן-באַזירטע מאַטעריאַלן אָן פאַר-ליטהיאַטיאָן באַריכטעט אין דער ליטעראַטור. די הויך ערשטע עפעקטיווקייט ינדיקייץ אַז די צוגעגרייטע סיליקאן-קוילנשטאָף קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל האט הויך פעסטקייט. כּדי צו וועריפיצירן די ווירקונגען פון פּאָרעז סטרוקטור, קאַנדאַקטיוו נעץ און קוילנשטאָף קאָוטינג אויף די פעסטקייט פון סיליקאן-קוילנשטאָף מאַטעריאַלן, צוויי טייפּס פון סיליקאן-קוילנשטאָף מאַטעריאַלן זענען צוגעגרייט געוואָרן אָן צוגעבן CNT און אָן ערשטיק קוילנשטאָף קאָוטינג.

די מאָרפאָלאָגיע פֿון דעם קאַרבאָניזירטן פּודער פֿון דעם סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל אָן צוגעבן CNT ווערט געוויזן אין פֿיגור 6. נאָך פֿליסיקער פֿאַזע קאָוטינג און קאַרבאָניזאַציע, קען מען קלאָר זען אַ קאָוטינג שיכט אויף דער ייבערפֿלאַך פֿון די צווייטיקע פּאַרטיקלען אין פֿיגור 6(אַ). די קראָס-סעקשאַנאַל SEM פֿון דעם קאַרבאָניזירטן מאַטעריאַל ווערט געוויזן אין פֿיגור 6(ב). די סטאַקינג פֿון סיליקאָן נאַנאָשיטן האָט פּאָרעזע כאַראַקטעריסטיקס, און דער BET טעסט איז 16.6 m2/g. אָבער, פֿאַרגליכן מיטן פֿאַל מיט CNT [ווי געוויזן אין פֿיגור 3(ד), דער BET טעסט פֿון זײַן קאַרבאָניזירטן פּודער איז 22.3 m2/g], איז די אינערלעכע נאַנאָ-סיליקאָן סטאַקינג געדיכטקייט העכער, וואָס ווײַזט אָן אַז די צוגעבן פֿון CNT קען פֿאַרשטאַרקן די פֿאָרמירונג פֿון אַ פּאָרעזע סטרוקטור. דערצו, האָט דער מאַטעריאַל נישט קיין דריי-דימענסיאָנעלן קאַנדאַקטיוון נעץ קאָנסטרויִרט דורך CNT. דער סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל ווערט רעקאָרדירט ​​ווי S2.

די מאָרפאָלאָגישע כאַראַקטעריסטיקס פון דעם סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל צוגעגרייט דורך האַרט-פאַסע קאַרבאָן קאָוטינג ווערן געוויזן אין פיגור 7. נאָך קאַרבאָניזאַציע, איז דאָ אַ קלאָרע קאָוטינג שיכט אויף דער ייבערפלאַך, ווי געוויזן אין פיגור 7(אַ). פיגור 7(ב) ווייזט אַז עס זענען סטריפּ-שייפּט נאַנאָפּאַרטיקלען אין דעם קראָס סעקשאַן, וואָס קאָרעספּאָנדירט צו די מאָרפאָלאָגישע כאַראַקטעריסטיקס פון נאַנאָשיטס. די אַקיומיאַליישאַן פון נאַנאָשיטס פאָרמירט אַ פּאָרעז סטרוקטור. עס איז נישטאָ קיין קלאָרע פילער אויף דער ייבערפלאַך פון די אינעווייניקסטע נאַנאָשיטס, וואָס ווייַזט אַז די האַרט-פאַסע קאַרבאָן קאָוטינג פאָרמירט בלויז אַ קאַרבאָן קאָוטינג שיכט מיט אַ פּאָרעז סטרוקטור, און עס איז נישטאָ קיין אינעווייניקסטע קאָוטינג שיכט פֿאַר די סיליקאָן נאַנאָשיטס. דאָס סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל איז רעקאָרדירט ​​ווי S3.

דער קנעפּל-טיפּ האַלב-צעל אָפּלאָד און אָפּלאָד טעסט איז דורכגעפירט געוואָרן אויף S2 און S3. די ספּעציפֿישע קאַפּאַציטעט און ערשטע עפֿיקאַציע פֿון S2 זענען געווען 1120.2 mAh/g און 84.8%, ריספּעקטיוולי, און די ספּעציפֿישע קאַפּאַציטעט און ערשטע עפֿיקאַציע פֿון S3 זענען געווען 882.5 mAh/g און 82.9%, ריספּעקטיוולי. די ספּעציפֿישע קאַפּאַציטעט און ערשטע עפֿיקאַציע פֿון דעם סאָליד-פֿאַזע קאָוטאַד S3 מוסטער זענען געווען די נידעריגסטע, וואָס ווײַזט אַז נאָר די קאַרבאָן קאָוטינג פֿון דער פּאָרעזער סטרוקטור איז דורכגעפֿירט געוואָרן, און די קאַרבאָן קאָוטינג פֿון די אינעווייניקסטע סיליקאָן נאַנאָשיטן איז נישט דורכגעפֿירט געוואָרן, וואָס האָט נישט געקענט געבן פֿול שפּיל צו דער ספּעציפֿישער קאַפּאַציטעט פֿון דעם סיליקאָן-באַזירטן מאַטעריאַל און האָט נישט געקענט באַשיצן די ייבערפֿלאַך פֿון דעם סיליקאָן-באַזירטן מאַטעריאַל. די ערשטע עפֿיקאַציע פֿון דעם S2 מוסטער אָן CNT איז אויך געווען נידעריגער ווי יענע פֿון דעם סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל וואָס ענטהאַלט CNT, וואָס ווײַזט אַז אויף דער באַזע פֿון אַ גוטער קאָוטינג שיכט, די קאַנדאַקטיוו נעץ און אַ העכערער גראַד פֿון פּאָרעזער סטרוקטור זענען גינסטיק צו דער פֿאַרבעסערונג פֿון דער אָפּלאָד און אָפּלאָד עפֿיקאַציע פֿון דעם סיליקאָן-קאַרבאָן מאַטעריאַל.

דער S1 סיליקאָן-קאַרבאָן מאַטעריאַל איז גענוצט געוואָרן צו מאַכן אַ קליינע ווייכע-פּאַק פולע באַטאַרייע צו אויספאָרשן די ראַטע פאָרשטעלונג און ציקל פאָרשטעלונג. די אָפּלאָד ראַטע קורווע איז געוויזן אין פיגור 8(a). די אָפּלאָד קאַפּאַציטעטן פון 0.2C, 0.5C, 1C, 2C און 3C זענען 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 און 1.021 Ah, ריספּעקטיוולי. די 1C אָפּלאָד ראַטע איז אַזוי הויך ווי 98.3%, אָבער די 2C אָפּלאָד ראַטע פאַלט צו 73.3%, און די 3C אָפּלאָד ראַטע פאַלט ווייטער צו 34.4%. צו פאַרבינדן די סיליקאָן נעגאַטיוו עלעקטראָד וועקסל גרופּע, ביטע לייג צו WeChat: shimobang. אין טערמינען פון אָפּלאָד ראַטע, די 0.2C, 0.5C, 1C, 2C און 3C אָפּלאָד קאַפּאַציטעטן זענען 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 און 2.289 Ah, ריספּעקטיוולי. די 1C טשאַרדזשינג קורס איז 96.7%, און די 2C טשאַרדזשינג קורס דערגרייכט נאָך 84.3%. אָבער, באַטראַכטנדיק די טשאַרדזשינג קורווע אין פיגור 8(ב), איז די 2C טשאַרדזשינג פּלאַטפאָרמע באַדייטנד גרעסער ווי די 1C טשאַרדזשינג פּלאַטפאָרמע, און איר קאָנסטאַנט וואָולטידזש טשאַרדזשינג קאַפּאַציטעט איז פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר רובֿ (55%), וואָס ווייַזט אַז די פּאָלאַריזאַציע פון ​​​​די 2C ריטשאַרדזשאַבאַל באַטאַרייע איז שוין זייער גרויס. די סיליקאָן-קאַרבאָן מאַטעריאַל האט גוטע טשאַרדזשינג און דיסטשאַרדזשינג פאָרשטעלונג ביי 1C, אָבער די סטרוקטורעלע קעראַקטעריסטיקס פון דעם מאַטעריאַל דאַרפן ווייטער פֿאַרבעסערט ווערן צו דערגרייכן העכערע קורס פאָרשטעלונג. ווי געוויזן אין פיגור 9, נאָך 450 ציקלען, איז די קאַפּאַציטעט ריטענשאַן קורס 78%, וואָס ווייַזט גוטע ציקל פאָרשטעלונג.

דער אויבערפלאך צושטאנד פון דער עלעקטראד פאר און נאך דעם ציקל איז געווארן אויסגעפארשט דורך SEM, און די רעזולטאטן ווערן געוויזן אין פיגור 10. פארן ציקל, איז די אויבערפלאך פון די גראפיט און סיליקאן-קוילנשטאָף מאַטעריאַלן קלאָר [פיגור 10(א)]; נאך דעם ציקל, ווערט קלאר געשאפן א באַדעקונג שיכט אויף דער אויבערפלאך [פיגור 10(ב)], וואס איז א דיקער SEI פילם. SEI פילם ראפקייט דער אקטיווער ליטיום פארברויך איז הויך, וואס איז נישט צוגעפאסט צום ציקל פאָרשטעלונג. דעריבער, פארבעסערן די פאָרמירונג פון א גלאטן SEI פילם (אזוי ווי קינסטלעכע SEI פילם קאנסטרוקציע, צולייגן פאסיגע עלעקטראליט צוגאבן, אאז"וו) קען פארבעסערן די ציקל פאָרשטעלונג. די קראָס-סעקשאַנאַל SEM אָבסערוואַציע פון ​​די סיליקאן-קוילנשטאָף פּאַרטיקלען נאך דעם ציקל [פיגור 10(ג)] ווייזט אז די ארגינעלע סטריפּ-פאָרמיגע סיליקאן נאַנאָפּאַרטיקלען זענען געוואָרן גראָבער און די פּאָרעזע סטרוקטור איז באַזיקלי עלימינירט געוואָרן. דאָס איז דער הויפּט רעכט צו דער קאָנטינויִערלעכער באַנד יקספּאַנשאַן און קאָנטראַקציע פון ​​דעם סיליקאן-קוילנשטאָף מאַטעריאַל בעת דעם ציקל. דעריבער, דאַרף די פּאָרעזע סטרוקטור ווערן ווייטער פארבעסערט צו צושטעלן גענוג באַפער פּלאַץ פאר דער באַנד יקספּאַנשאַן פון דעם סיליקאן-באַזירט מאַטעריאַל.

3 מסקנא

באַזירט אויף דער באַנד יקספּאַנשאַן, שלעכט קאַנדאַקטיוויטי און שלעכט צובינד פעסטקייט פון סיליקאָן-באַזירט נעגאַטיוו עלעקטראָד מאַטעריאַלס, דאָס פּאַפּיר מאכט טאַרגעטעד פֿאַרבעסערונגען, פון די מאָרפאָלאָגיע שאַפּינג פון סיליקאָן נאַנאָשייץ, פּאָרעז סטרוקטור קאַנסטראַקשאַן, קאַנדאַקטיוו נעץ קאַנסטראַקשאַן און גאַנץ טשאַד קאָוטינג פון די גאנצע צווייטיק פּאַרטיקאַלז, צו פֿאַרבעסערן די פעסטקייט פון סיליקאָן-באַזירט נעגאַטיוו עלעקטראָד מאַטעריאַלס ווי אַ גאַנץ. די אַקיומיאַליישאַן פון סיליקאָן נאַנאָשייץ קענען פאָרעם אַ פּאָרעז סטרוקטור. די הקדמה פון CNT וועט ווייַטער העכערן די פאָרמירונג פון אַ פּאָרעז סטרוקטור. די סיליקאָן-טשאַד קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַל צוגעגרייט דורך פליסיק פאַסע קאָוטינג האט אַ טאָפּל טשאַד קאָוטינג ווירקונג ווי אַז צוגעגרייט דורך האַרט פאַסע קאָוטינג, און יגזיבאַץ העכער ספּעציפיש קאַפּאַציטעט און ערשטער עפעקטיווקייַט. אין אַדישאַן, די ערשטער עפעקטיווקייַט פון די סיליקאָן-טשאַד קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַל מיט CNT איז העכער ווי אַז אָן CNT, וואָס איז דער הויפּט רעכט צו די העכער גראַד פון פּאָרעז סטרוקטור ס פיייקייט צו פֿאַרלייכטערן די באַנד יקספּאַנשאַן פון סיליקאָן-באַזירט מאַטעריאַלס. די הקדמה פון CNT וועט קאַנסטרוקט אַ דריי-דימענשאַנאַל קאַנדאַקטיוו נעץ, פֿאַרבעסערן די קאַנדאַקטיוויטי פון סיליקאָן-באַזירט מאַטעריאַלס, און ווייַזן גוט קורס פאָרשטעלונג ביי 1C; און די מאַטעריאַל ווייזט גוט ציקל פאָרשטעלונג. אבער, די פּאָרעזע סטרוקטור פון דעם מאַטעריאַל דאַרף ווייטער פארשטארקט ווערן צו צושטעלן גענוג באַפער פּלאַץ פֿאַר דער באַנד יקספּאַנשאַן פון סיליקאָן, און העכערן די פאָרמירונג פון אַ גלאַטאון געדיכטע SEI פילם צו ווייטער פארבעסערן די ציקל פאָרשטעלונג פון די סיליקאָן-קאַרבאָן קאָמפּאָזיט מאַטעריאַל.

מיר צושטעלן אויך הויך-ריינקייט גראַפיט און סיליקאָן קאַרבייד פּראָדוקטן, וואָס ווערן וויידלי געניצט אין וועיפער פּראַסעסינג ווי אַקסאַדיישאַן, דיפיוזשאַן און אַנילינג.

באַגריסן קיין קאַסטאַמערז פון אַלע איבער דער וועלט צו באַזוכן אונדז פֿאַר אַ ווייטערדיקע דיסקוסיע!

https://www.vet-china.com/