Izstrādājot augsta{0}}enerģijas-litija akumulatorus, silīcija-anodi, kuru teorētiskā īpatnējā kapacitāte ievērojami pārsniedz grafīta kapacitāti, ir kļuvuši par galveno virzienu enerģijas akumulatoriem un enerģijas akumulatoriem. Kāpēc oglekļa nanocaurules vadošās pastas ir ieteicamas anodiem, kuru pamatā ir silīcija{4}}, ir praktiska tēma, ko bieži apspriež akumulatoru pētniecības un izstrādes inženieri. Silīcija materiāliem ir slikta iekšējā vadītspēja, un tie tiek pakļauti milzīgai tilpuma paplašināšanai uzlādes un izlādes laikā. Parastā vadošā ogle cīnās, lai ilgtermiņā uzturētu elektrodu vadošo tīklu. Daudzi uzņēmumi maza mēroga -silīcija-oglekļa anodu izmēģinājumu laikā piedzīvo strauju cikla degradāciju un nepārtraukti pieaugošu iekšējo pretestību. Bieži vien galvenais iemesls ir vadošās piedevas izvēle. Oglekļa nanocaurules vadošā pasta ar tās viendimensijas cauruļveida struktūru un izcilo mehānisko izturību ir kļuvusi par galveno vadošo risinājumu silīcija{13}anodu industrializācijai. Tomēr ir nepieciešams arī saskaņot modeli, pamatojoties uz silīcija saturu un vircas sistēmu.
1. Silīcija galvenais sāpju punkts-balstīti anodi: skaļuma palielināšanās izraisa vadoša tīkla lūzumu un atteici
Lielākais tehniskais izaicinājums, kas saistīts ar silīcija-anodiem, ir liela apjoma palielināšanās un samazināšanās uzlādes{1}}izlādes cikla laikā. Tradicionālās punktveida-kontakta vadošās piedevas ir ļoti pakļautas kontakta zaudēšanai, izraisot strauju šūnu iekšējās pretestības pieaugumu un strauju cikla degradāciju. Tas izvirza augstas prasības vadošās piedevas mehāniskajai buferizācijas spējai.
Litiācijas laikā materiāli, kuru pamatā ir silīcijs{0}}, var piedzīvot tilpuma palielināšanos par 200-300%, kam seko saraušanās pēc atdalīšanas. Pēc atkārtotas ciklēšanas silīcija daļiņas ir pakļautas pulverizācijai. Parastās ogļu vadošās piedevas balstās uz punktveida kontaktiem starp daļiņām, lai izveidotu ceļus. Pēc silīcija daļiņu izplešanās un pārvietošanas oglekļa melnās daļiņas pārvietojas un atdalās, tieši pārtraucot vadošās saites, izraisot nepārtrauktu elektrodu iekšējās pretestības palielināšanos un strauju kapacitātes samazināšanos. Tajā pašā laikā pašam silīcijam ir vāja vadītspēja. Ja vadošā piedeva nevar izveidot nepārtrauktu tīklu visā elektroda loksnē, tas radīs arī tādas atvasinātas problēmas kā slikta ātruma spēja un zema pirmā cikla efektivitāte.
Tirgū esošie anodi, kuru pamatā ir silīcija-, tiek iedalīti sistēmās ar augstu-silīcija saturu un SiO kompozītu silīcija-oglekļa sistēmām. Jo augstāks ir silīcija saturs, jo izteiktāka ir izplešanās destruktīvā ietekme un augstākas ir visaptverošas vadošās pastas veiktspējas prasības.
Sadarbojoties ar daudziem silīcija-oglekļa anodu klientiem, uzņēmums Shandong Tanfeng ir atklājis, ka daudzas pētniecības un attīstības komandas tieši kopē grafīta anodu vadošās piedevas, parasto ogli tieši uzklājot uz silīcija-anodiem. Lai gan veiktspēja var būt pieņemama laboratorijas mērogā, pēc simtiem ciklu veiktspēja strauji samazinās. Tas ir tāpēc, ka nav ņemti vērā vadošā tīkla bojājumi, ko izraisa paplašināšanās.
2. Četras galvenās priekšrocības, ko sniedz oglekļa nanocaurules vadītspējīga pasta silikona-anodiem
Salīdzinājumā ar oglekli, oglekļa nanocaurules vadošā pasta, paļaujoties uz tās vienas{0}dimensijas garo cauruļveida struktūru, izveido elastīgu trīsdimensiju vadošu tīklu, kas var izturēt atkārtotu silīcija daļiņu izplešanos un saraušanos, panākot augstu vadītspēju pie maziem pievienošanas daudzumiem, pielāgojoties īpašajiem silīcija{{2} darbības apstākļiem.
1. Elastīgs liela attāluma{1}}vadošs tīkls, kas nodrošina nepārtrauktus ceļus paplašināšanas un kontrakcijas laikā
Oglekļa nanocaurulēm ir 500–1000 vai vairāk malu attiecības, kas pārklājas elektrodā, veidojot vadošu tīklu, kas līdzīgs "elastīgajai sastatnei". Kad silīcija daļiņas izplešas un saraujas, oglekļa caurules var deformēties kā atsperes, nepārtraucot kontaktu, nepārtraukti uzturot elektronu transporta kanālus. Turpretim ogļu punktveida kontakti ir ļoti pakļauti kontakta zaudēšanai pēc daļiņu pārvietošanas.
2. Mazs pievienošanas daudzums, atbrīvojot vairāk vietas aktīvajam materiālam, uzlabojot enerģijas blīvumu
Vieta silīcija{0}}anodu sistēmā ir ļoti vērtīga. Liela vadītspējīgu piedevu daļa izspiedīs silīcija-oglekļa aktīvā materiāla daļu. Efektīvais MWCNT vadošās pastas pievienošanas daudzums silīcija-oglekļa anodos parasti ir tikai 0,3–1,0%, tādējādi nodrošinot ideālu vadītspēju. Tradicionālajam oglem bieži ir nepieciešams pievienot 2–4%, kas aizņem aktīvās vielas proporciju un ierobežo šūnu enerģijas blīvuma uzlabošanos.
3. Lieliskas mehāniskās īpašības, buferējošā silīcija daļiņu izplešanās stress
Oglekļa nanocaurulēm ir augsts elastības modulis un laba stingrība, kas spēj amortizēt iekšējo spriegumu, ko izraisa silīcija daļiņu izplešanās, mazinot elektrodu loksnes plaisāšanu un pulvera izkliedi, samazinot aktīvā materiāla pulverizēšanas izraisītu bojājumu risku, netieši uzlabojot SEI plēves stabilitāti un samazinot gāzes veidošanos no nepārtrauktām elektrolīta blakusreakcijām.
4. Saderīgs gan ar uz eļļas-bāzētu NMP, gan ar ūdens-bāzes silīcija vircas sistēmām
Pašlaik anodos uz silīcija -bāzes galvenokārt tiek izmantoti uz ūdens- bāzes veidoti vircas procesi, kas savienoti pārī ar CMC-SBR saistvielām, kas izvirza stingras prasības vadošās pastas disperģētāja savietojamībai. Kvalificēta CNT vadoša pasta var nodrošināt labu saderību sistēmās, kuru pamatā ir ūdens, nesabojājot saistvielu sistēmu, ar stabilu vircas reoloģiju un mazāk pakļauti svītru un caurumu defektiem pārklāšanas laikā.
| Salīdzinājuma vienums | CNT vadošā pasta (MWCNT) | Parastā Conductive Carbon Black SP | Pārbaudes apstākļi |
|---|---|---|---|
| Saprātīgs efektīvais pievienošanas daudzums silīcija{0}}oglekļa anodam | 0,3–1,0 masas % | 2–4 masas % | SiO/C silīcija{0}}anodu sistēma |
| Pielāgošanās silīcija daļiņu paplašināšanai | Lieliski, tīkls var deformēties un buferizēt | Slikti, punktveida kontakti viegli plīst | 1C cikla tests |
| 100 ciklu jaudas saglabāšana | 88-92% | 65-72% | Silīcija saturs 15% silīcija-oglekļa pus{2}}šūna |
| Elektrodu iekšējās pretestības maiņa (pēc riteņbraukšanas) | Neliels iekšējās pretestības pieaugums | Liels iekšējās pretestības pieaugums | EIS pretestības mērīšana |
| Ietekme uz enerģijas blīvumu | Zems noslogojums, uzlabojas blīvums | Augsta noslodze, ierobežo enerģijas blīvumu | Tāda pati formulēšanas sistēma |
Kopsavilkums:CNT vadošās pastas priekšrocības ir balstītas uz rūpīgu izkliedi. Ja pastā esošie CNT ir stipri aglomerēti, nevienu no iepriekšminētajām priekšrocībām nevar realizēt.
Shandong Tanfeng ir īpaši izstrādājis silīcija -sērijai paredzētu CNT vadošu pastu, kas paredzēts anoda apstākļiem uz silīcija- bāzes, izlaižot modeļus uz NMP-uz eļļas- un uz ūdens- bāzes. Disperģējošais līdzeklis un CNT malu attiecība ir optimizēta, lai pielāgotos CMC-SBR ūdens-bāzes saistvielu sistēmai, efektīvi kavējot vircas sabiezēšanu un želeju silīcija anodos. Daudzi silīcija-oglekļa anodu pētniecības un izstrādes un masveida ražošanas klienti tos izmanto tieši maza mēroga{10}}un izmēģinājuma izmēģinājumiem, tādējādi samazinot formulu atkļūdošanas ciklu.
3. Kādi ir praktiskie trūkumi, izmantojot CNT vadītspējīgu pastu silīcija{1}}anodiem?
CNT vadoša pasta nav universāls risinājums. Nepareiza atlase var izraisīt augstu vircas viskozitāti un izkliedes grūtības. Sistēmām ar augstu -silīcija saturu CNT parametru atbilstība ir jāveic pareizi; grafīta anoda pastas parametrus nevar tieši nokopēt.
Augstas prasības dispersijas procesam:Ja pati CNT vadošā pasta nav pareizi izkliedēta un satur lielu daudzumu aglomerātu, tie veidos vadošas salas silīcija-anodā, ne tikai nepalīdzot, bet arī radot melnus plankumus un mikro-īssavienojumu risku uz elektroda loksnes.
Sarežģīta viskozitātes kontrole:Oglekļa nanocaurulēm ir liels īpatnējais virsmas laukums, un ar tādu pašu pievienošanas daudzumu tās vieglāk palielina anoda vircas viskozitāti. Pašiem silīcija-anodiem ir sarežģīta daļiņu morfoloģija, tāpēc sastāva atkļūdošanas laikā ir nepieciešama saskaņota cieto vielu satura un viskozitātes kontrole.
Sistēmām ar augstu{0}}silīcija un tīra silīcija saturu joprojām ir ierobežojumi tikai ar CNT:Augsta -silīcija sistēmām, kurās silīcija saturs pārsniedz 30%, paļaušanās tikai uz CNT vadošu pastu ir nepietiekama, lai pilnībā kompensētu masveida izplešanos. Nozare parasti izmanto hibrīdu vadošu CNT un ogļu šķīdumu, lai iegūtu papildu priekšrocības.
| Darbības scenārijs | Ieteicamais vadošais risinājums | Galvenie punkti |
|---|---|---|
| SiO/C zems{0}}vidējs silīcija anods (5–20% Si) | Galvenokārt CNT vadoša pasta ar nelielu daudzumu ogļu kombinācijā | Dodiet priekšroku silīcija{0}}anoda-pasta modeļiem |
| High-Silicon System (Si >25%) | CNT + ogleklis/grafēna hibrīds | Nav ieteicams lietot tikai CNT |
| Laboratorijas maza mēroga{0}}pētniecība un izstrāde | Dodiet priekšroku CNT vadošai pastai uz ūdens{0}}bāzes | Stingri kontrolējiet barošanas secību, nodrošiniet iepriekšēju -maisīšanu |
4. Praktiski izvēles punkti CNT vadītspējīgas pastas izmantošanai silīcija{1}}anodos
Pērkot CNT vadošo pastu, neskatieties tikai uz cieto saturu. Tas ir jāapvieno ar silīcija saturu, vircas šķīdinātāju sistēmu un saistvielas veidu, koncentrējoties uz CNT garumu, dispersijas stāvokli un piemaisījumu indikatoriem.
Atšķiriet šķīdinātāju sistēmu:Neizmantojiet pastu uz NMP{0}}uz eļļas- bāzes silīcija anodiem uz ūdens-; Šķīdinātāja neatbilstība tieši iznīcinās vircas sistēmu, izraisot flokulāciju un slāņošanos.
Augstāks silīcija saturs:Nevajag akli meklēt pārāk garus CNT. Pārāk garas caurules var viegli izraisīt vircas sapīšanu un sabiezēšanu. Izvēlieties vidēja-garuma CNT modeļus, kas piemēroti silīcija anodiem.
Pievērsiet uzmanību metāla piemaisījumu indikatoriem:Silīcija{0}}anodi ir jutīgi pret metāla piemaisījumiem. Pārmērīgi piemaisījumi var viegli izraisīt šūnu pašizlādi.
Prioritāte maza mēroga{0}}verifikācijai:Vispirms veiciet nelielu -partiju paraugu testēšanu, pārbaudot pastas saderību, elektrodu loksnes pārklājuma izskatu, cikla veiktspēju un iekšējās pretestības datus, pēc tam veiciet masveida ražošanu.
Kā CNT vadošās pastas ražotājs Shandong Tanfeng var nodrošināt nelielu atbalstu paraugiem silīcija{0}}anodu projektiem. Pamatojoties uz klienta silīcija saturu un sistēmu, kuras pamatā ir ūdens/eļļa{2}}, tā sniedz mērķtiecīgus atlases ieteikumus un izvada procesu atsauces barošanai un sajaukšanai, palīdzot klientiem izvairīties no sastāva atkļūdošanas.
5. Pilns raksta kopsavilkums
Galvenais iemesls, kāpēc uz silīcija{0}}balstiem anodiem tiek dota prioritāte CNT vadošai pastai, ir tas, ka elastīgais-dimensiju tīkls atrisina vadošās saites pārrāvuma problēmu, ko izraisa silīcija daļiņu izplešanās, panākot zemu pievienošanas daudzumu, vienlaikus līdzsvarojot vadītspēju un enerģijas blīvumu. Tomēr ir jāsaskaņo atbilstošais sistēmas modelis; Scenārijiem ar augstu -silīcija saturu ieteicams sajaukt ar citām vadošām piedevām, un grafīta anoda pastas šķīdumu nevajadzētu tieši kopēt.
Silīcija{0}}anodu atteice bieži vien nav saistīta tikai ar pašu silīcija materiālu. Ir ļoti svarīgi, vai vadošā piedeva var izturēt tilpuma izmaiņas riteņbraukšanas laikā. Tradicionālās ogļu vadošās piedevas, ko ierobežo to punktu-kontakta mehānisms silīcija-oglekļa sistēmās, cīnās, lai sasniegtu ilgu cikla kalpošanas laiku. CNT vadošā pasta, pateicoties tās unikālajai-dimensijas tīkla struktūrai, ir kļuvusi par galveno izvēli silīcija-oglekļa anodu industrializācijai. Atlases laikā neskatieties tikai uz stabiliem satura rādītājiem; vispusīgi novērtēt izkliedējamību, viskozitāti, piemaisījumus un sistēmas savietojamību.
Shandong Tanfeng piedāvā vairāku{0}specifikāciju CNT vadošas pastas izstrādājumus, kas ir piemēroti anodiem, kuru pamatā ir silīcija{1}}, un var atbalstīt pielāgotu izstrādi. Tas arī nodrošina vircas procesa tehnisko koordināciju, piedāvājot pilnīgus atbalsta pakalpojumus pētniecības un attīstības iestādēm un akumulatoru ražotājiem.
FAQ
J: Vai silīcija{0}}anodos var izmantot tikai CNT vadošu pastu bez ogļu?
A. Zema{0}}vidēja silīcija SiO/C sistēmas to var mēģināt, taču lielākā daļa rūpniecisko sastāvu satur kopā nelielu daudzumu oglekļa. Ogleklis aizpilda spraugas starp daļiņām, sinerģiski optimizējot vadošo tīklu un samazinot kopējās formulēšanas izmaksas.
J: Vai parastajiem grafīta anodiem izmantoto CNT pastu var tieši izmantot silīcija anodos uz ūdens bāzes?
A: Tieša lietošana nav ieteicama. Grafīta anoda pastas disperģējošais sastāvs var nebūt saderīgs ar CMC-SBR sistēmu, viegli izraisot vircas sabiezēšanu un sedimentāciju. Dodiet priekšroku CNT vadošajai pastai uz ūdens- bāzes, kas īpaši izstrādāta silīcija anodiem.
J. Kāds ir tipiskais CNT vadošās pastas daudzums silīcija-oglekļa anodiem?
A: SiO/C silīcija-oglekļa anodiem efektīvais CNT pievienošanas daudzums parasti tiek kontrolēts 0,3–1,0% diapazonā. Jo lielāks ir silīcija saturs, optimālais pievienošanas logs ir jāpārkalibrē, izmantojot eksperimentus.