Поскольку материал отрицательного электрода на основе кремния имеет высокую удельную емкость и объемную емкость, разработка отрицательного электрода на основе кремния является одним из наиболее эффективных способов увеличения плотности энергии литий-ионной батареи. Однако в качестве активного материала кремний находится в цикле заряда / разряда. При вставке и извлечении лития изменение объема достигает 270%, а срок службы невелик. Это расширение объема вызывает: (1) пульверизацию частиц кремния и отделение покрытия от медного токоприемника; (2) пленку твердого электролита (SEI) при Нестабильность во время цикла, расширение объема заставляет SEI разрываться и повторяться, что приводит к сбою литий-ионной батареи.
Процесс уплотнения будет более плотно связываться с твердой фазой и улучшать характеристики переноса электрода полюсной детали. Однако пористость слишком низкая и будет увеличивать сопротивление передачи ионов лития, а также сопротивление переноса заряда электрода / электролита, а скорость работы будет ухудшаться. Пористость графитового электрода оптимально контролируется на 20-40%, в то время как электрод на основе кремния после уплотнения имеет низкую производительность. Эти полюсные наконечники обычно имеют пористость от 60% до 70%. Высокая пористость может координировать объемное расширение материала на основе кремния. Частицы сильно деформируются, замедляя измельчение и просачивание. Однако отрицательная полюсная часть с высоким пористостью на кремнии ограничивает объемную плотность энергии. Итак, как изготовляется литиевая отрицательная электродная батарея на основе лития? Каркарз и др. Изучили процесс получения кремниевого электрода. ,
Во-первых, они использовали два способа перемешивания для получения 80 мас.% Кремния, 12 мас.% Графена и 8 мас.% Электродных пастообразных смол CMC: (1) SM: обычный процесс диспергирования шарового фрезерования (2) ОЗУ: двухстадийный процесс ультразвуковой дисперсии Первой стадией было ультразвуковое диспергирование кремния и CMC в буферном растворе pH3 (0,17 М лимонной кислоты + 0,07 МКОН), а вторая - добавление графенового листа и воды для продолжения ультразвуковой дисперсии.
Как показано на фиг.1a и d, для графитового листа ультразвуковое дисперсное ОЗУ сохраняет исходную морфологию графенового листа. Длина листа больше 10 мкм, параллельная токоприемнику, а пористость покрытия выше, и перемешивание SM вызывает разрушение листа графена. Графинные листы имеют длину всего несколько микрон. Пористость некомпактных RAM-пластин составляет около 72%, что составляет более 60% электродов SM. Для кремния нет разницы между двумя способами перемешивания. Нанолистовый графен имеет хорошую электронную проводимость. Возможность, RAM-дисперсия поддерживает целостность графеновых листов и хорошую эффективность работы аккумулятора (рис. 3a и b).
Рис.1. Морфология кремниевого электрода при различных режимах перемешивания и давлении уплотнения
Затем они изучили влияние уплотнения на пористость, плотность и электрохимические характеристики электрода. Как показано на рисунке 1, после уплотнения морфология графенового листа и кремния существенно не изменилась, только покрытие было более твердым. Конец полюса был изготовлен в полуэлемент, чтобы проверить электрохимические характеристики. Из фиг.2 видно, что:
(1) По мере того, как давление уплотнения увеличивается, пористость электрода уменьшается, плотность увеличивается, а объемная удельная емкость увеличивается.
(2) Уплотненный полюс, пористость ОЗУ составляет около 72%, что составляет более 60% от SM-электрода. А уплотнение ОЗУ с электрода сложнее, достигая 35% пористости, для ОЗУ требуется давление 15 Т / см2 и только полюс SM-полюса 5Т / см2. Это связано с тем, что графеновый лист трудно деформировать, а полюсный полюс ОЗУ сохраняет структуру графенового листа и более трудно уплотняется.
(3) Рассчитайте объемную емкость на основе объемного расширения полностью литого кремния 193%. При сжатии 20 Т / см2 объемная емкость является самой большой. Пористость ОЗУ и SM-электродов разделена на 34% и 27% соответственно. Соответствующая объемная емкость составляет 1300 мАч / Cm3, 1400 мАч / см3.
Рисунок 2 Влияние давления уплотнения на (а) электрод SM и (б) Пористость ОЗУ ОЗУ, плотность и объемную емкость
Рисунок 3 Циклические характеристики некомпактных электродов
Кроме того, они также обнаружили, что уплотнение уплотненных полюсов может улучшить производительность цикла. Когда полюсные наконечники вдавливаются в реальном времени, связующее и частицы живого материала могут разрушаться под действием силы трения между частицами, и даже сама связь самого связующего разрушается. Механическая стабильность листа ухудшается, а характеристики цикла треснуты (рисунок 4а). В процессе созревания полюсная деталь помещается в влажность 80% в течение 2-3 дней. Во время этого процесса связующее будет мигрировать и лучше. При распространении на поверхности частиц живого материала устанавливаются все более и более твердые соединения. Кроме того, медная фольга будет корродировать, когда она созревает, а медная фольга образует химическую связь Cu (OC (= O) -R) 2 со связующим, и сила связывания увеличивается. Таким образом, обработка старения может улучшить стабильность и цикличность работы полюсной детали. Схематическое изображение изменения микроструктуры полюсного элемента в процессе отверждения дисперсионно-уплотняющего материала показано на рисунке 4в. Уплотнение приводит к растрескиванию связующего и циркуляции. Стабильность деградирует, и миграция связующего восстанавливает соединение во время созревания, изменяется микроструктура полюсной детали, механическая стабильность увеличивается и увеличивается соответствующая производительность цикла.
Если полюсный наконечник отверждается, а затем уплотняется, производительность цикла полюсного наконечника улучшается, но эффект не очевиден (рисунок 4b). Это связано с тем, что старение повышает механическую стабильность полюсной детали, но последующее уплотнение разрушает липкость. Соединение узла.
Рисунок 4 (a) (b) Влияние уплотнения и отверждения на цикличность электрода и (c) Схематическое изображение эволюции микроструктуры при уплотнении и созревании
Поэтому для электрода на основе кремния для повышения эффективности цикла объемное расширение буферизованного кремния пористость полюсного наконечника выше, но для увеличения объемной плотности энергии, когда полюсная деталь уменьшается по толщине путем нажатия полюсной детали, необходимо улучшить обработку созревания полюса. Микроструктура электрода.
