லித்தியம் பேட்டரிக்கு சிலிகான் அடிப்படையிலான அனோடு பொருள்களின் பயன்பாட்டு சிக்கல்கள்

2025-03-26

தற்போது, புதிய சக்தி வாகனங்களுக்கான லித்தியம்-யான் பேட்டரியின் சக்தி மடங்கு இன்னும் மேம்படுத்தப்படவேண்டும், அத்துடன் பாரம்பரிய எரிபொருள் வாகனங்களை மாற்றுவதற்கு இன்னும் நீண்ட பாதை உள்ளது. மின் லித்தியம் ஐயன் பேட்டரியின் சக்தி மடங்கையை மேம்படுத்தும் முக்கிய வழி புதிய உயர்தர அனோடு மற்றும் கத்தோட் பொருட்களைப் பயன்படுத்துதல். சிலிகானின் கோட்பாட்டுச் சிறப்பு திறன் 4200mAh/g ஆக உள்ளது, இது கிராஃபெட் அனோடு பொருட்களைவிட 10 மடங்கு அதிகம் ஆகிறது. எனவே, கிராஃபிட்ளுக்குப் பதிலாக, இது லித்தியத்தின் அடுத்த தலைமுறை அனோடு பொருளாகக் கருதப்படுகிறது.

சிலிகான் பூமியின் செயற்கையாக இரண்டாவது அதிகம் உள்ள உலோகமாகும். கோட்பாட்டின் அடிப்படையில், ஒரு சிலிகான் அட்டத்தை 4.4 லித்தியம் அட்டங்களுடன் கலக்கக் கூடியது Li4.4Si உருவாக்கும், எனவே சிலிகானுக்கு மிகவும் உயர்ந்த கோட்பாட்டுச் சிறப்பு திறன் உள்ளது. கூடுதலாக, சிலிகானின் லித்தியம் உட்கார்ந்த கொள்ளும் வாய்ப்பு கிராஃபிட் அனோடின் அதற்கே மேல் உள்ளது, இது லித்தியம் டெண்டிரைகள் உருவாகத் தடுக்கும். ஆனால், திறனுள்ள பரிமாற்ற மற்றும் பாதுகாப்பு செயல்முறையின்போது பெருமளவு மாற்றங்களுக்கு பின்பு சிலிகான் ஒரு பக்கம் புறவாயிலைத் தூண்டவேண்டும்:

(1) பலப்பு அளவைக் கிழித்தலையும் சுருக்கமும்வழி, சில்லிக்கான நன்னிறப்புப் பகுதிகளுக்குள் உள்ள மன அழுத்தத்தை சேகரிக்க வைப்பதாக, முடிவில் சில்லி பொருளை தூண்டூா் செய்து, நன்னிறப்புப் பகுதிகள் ஆகியவற்றின் இடையில் உள்ள மின்மேற்றுக் கூட்டம் குறைவாக இருப்பதுடன், சில்லி பகுதிகள் மற்றும் வழிமுறை மாத்திரையினால் மிதமான வட்டார செயல்திறனும் வெளிப்படும்.

(2) சிலிக்கான் partiகளின் மேற்புறத்தில் உள்ள SEI திரைப்படம் முறியடிக்கப்பட்டு புதுமையாக உருவாகிறது, இது பெரும்பாலான லிதியம் அனைத்தையும் உறிஞ்சுகிறது, ஆரம்பக் செயல்திறனில் குறைவாக உள்ளது மேலும் வட்டச் சுழற்சியில் பலவீனமாக உள்ளது.

எனவே, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான அலைக materialesஐ பிரபலப்படுத்த மற்றும் பயன்படுத்த ஊக்கமாக விளக்க வேண்டும்.

Si எதிர்மறை அலாய் லித்தியம் சேமிப்பு பொறிமுறையில், கலப்பு/டீலாயிங் செயல்முறை மிகப்பெரிய விரிவாக்கம்/சுருக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது, கலப்பு வினை சிலிக்கானுக்கு அதிக குறிப்பிட்ட திறனைக் கொண்டுவருகிறது, ஆனால் கடுமையான தொகுதி மாற்றத்தையும் ஏற்படுத்துகிறது, இதனால் Li15Si4 அலாய் ஒப்பீட்டு தொகுதி விரிவாக்கம் சுமார் 300% ஆகும்.

முழு மின்னணு உள், ஒவ்வொரு partiகம் எதிர்-மனிதர்கள் கொட்டினால் "அழுத்தப்படும்" சுற்றியுள்ள partiகளையும் கட்டுப்படுத்தும், இது மின்னணு பொருளின் குறுந்தொலைவைக் களைவதுவே, இது பேட்டரி திறனில் சிறிது குறைவையும் உருவாக்கும் மற்றும் சுற்று நேரத்தைக் குறைக்கக்கூடும். லிதியம் செயல்முறைக்கு இணைக்கப்பட்ட தனி சிலிக்கான் தூசி partiகளுக்கு, வெளிப்புற இணைக்கப்பட்ட லிஉ சிதைவான LixSi இடையேயில் அடர்ந்து விரிதலும் ஏற்படுகிறது, உள்ளேயுள்ள அடுக்கு லிதியம் உள்ளது எவ்வாறு இல்லாமல் பரவியது, ஒவ்வொரு சிலிக்கான் partiகளையும் கிளிக்க காரணமாக உருவாகும் மிகச் பெரிய அழுத்தம் உருவாக்குகிறது, சுற்றுசுழற்சியில் தொடர்ந்து புதிய மேற்பரப்பைப் உருவாக்குகிறது, நிலையான மின்தூய்மையை உருவாக்குவதற்கான SEI திரைப்படம் தொடர்ந்து உருவாகிறது, தொடர்ந்து லிதியம் ஆக்சைனை வெளியேற்றுகிறது. மொத்த பேட்டரி திறன் தொடர்ந்து குறைகிறது.

தற்போது, சிலிக்கான் அலைக संशोधनத்தின் பயன்பாடு சார்ந்த பந்தமும், நன்கு இணக்கமானது, நானோ/வைரஸ்களில், புதிய பிணைப்பாளர் மேம்பாடு, இடைமுக திடப்படுத்தல், மற்றும் முன்னணி-லிதியம் தொழில்நுட்பத்திற்கான ஆராய்ச்சி ஆகியவற்றில் மையமுள்ளது.

1. விநியோக சாதன சம்பந்தப்பட்ட கலவை

சிறிது நிதி மற்றும் மின் செயல்திறரை அதிகரிக்க சிறந்த வருக்கத்தை, கலவையை அல்லது ஒரு நல்ல தொடர்பான நெட்வொர்க் இணைப்பை உச்சப்படுத்துகிறது, உட்பட இறக்கும் லிதியம் மற்றும் தலையில் இருப்பதைக் குறைக்க, சிலிக்கான் பொருளின் விரிப்பு இடவம் அளிக்கின்றன.

பொதுவாக அறிமுகப்படுத்தப்படும் தொடர்பு பெற்ற பொருட்களுக்குள் Ag, தொடர்பு பெற்ற பிளாஸ்டிக், கிராஃபிடேடு கார்பன் பொருட்கள், முதலியன அடங்கும். சிலிக்கான் மற்றும் கிராஃபிட் பொருட்களின் கலவை மிக அதிகமுள்ள பயன்பாட்டுக்கான கோணம், மேலும் தற்போதைய செய்தி சிலிக்கான் கார்பன் (Si/C) அலைக materiales.

2. நானோ-சிறிய சிலிக்கான் partiகள்

கட்டுப்பாடு மற்றும் பரிசோதனை முடிவுகள், சிலிக்கான் நானோபார்ட்டின் அளவு 150nm க்குறியது, பயன்படுத்தப்படும் சிலிக்கான் partiகளின் அளவு 380nm க்கு குறைந்தது, அல்லது சிலிக்கான் நானோபார்ட்டின் அஞ்சலிப் பரப்பும் 300nm க்கு குறைவாக இருப்பின், நானோ-சிலிக்கான் பொருளில் அதைச் சுற்றுலா விரிப்பு மற்றும் முதலில் லிதியம் ஆக்சின் ஒன்றாகப் பொசலுவதற்குக் கூடாது.

மைக்ரான் சிலிக்கான் துகள்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​சிலிக்கான் நானோ பொருட்கள் அதிக திறன், அதிக நிலையான அமைப்பு மற்றும் செயல்திறன் மற்றும் வேகமான சார்ஜிங் மற்றும் வெளியேற்றும் திறனைக் காட்டுகின்றன. தற்போது, ​​பொதுவாக வேதியியல் நீராவி படிவு முறை (CVD), திரவ கட்ட எதிர்வினை முறை, சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு அல்லது சிலிக்கேட்டின் மெக்னீசியம் வெப்பக் குறைப்பு முறை, குறைந்த வெப்பநிலை தெர்மைட் குறைப்பு முறை, மின்வேதியியல் படிவு முறை மற்றும் SiO2 மற்றும் CaSiO3 இன் மின்வேதியியல் குறைப்பு போன்றவற்றின் மூலம், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான நானோ துகள்களின் பல்வேறு வடிவங்களைத் தயாரித்தல்.

3. சிலிக்கன் பொருளின் கூழ்

கூழ் வடிவமைப்பு, சிலிக்கன் கார்பன் அனோட் பொருளின் பரப்பளவுக்கு இடத்தை ஒதுக்கிறது, எனவே முழு அணு அல்லது எலெக்ட்ரோடு முக்கியமான அமைப்பியல் மாற்றங்களை உருவாக்காது. வெற்று இடங்களை உருவாக்க வரையறுக்கப்பட்ட பொதுவான முறைமைகள்: (1) வெற்றிடமாகக் கிறுக்கப்பட்ட Si/C மூலக்கூற்று-சேல் கட்டமைப்புகளைக் தயாரித்தல்; (2) கே-சேல் கட்டமைப்புடன் உள்ள Si/C கொம்பொசிட்டைப் தயாரித்தல். மூலக்கூற்று மற்றும் சேலுக்கு இடையில் போதுமான சுண்ணாம்பு உடைய கட்டமைப்பு, உயர் திறனை கொண்ட அனோட் பொருட்களின் அளவியல் விளைவுகளை தவிர்க்கப் பயன்படுத்தப்பட்டது. (3) கூழில் உள்ள சிலிக்கன் பொருட்களை (சிலிக்கன் ஸ்பிஞ்ச் கட்டமைப்புகள், முதலியன) தயாரித்தல்.

சிலிக்கன் அடிப்படையிலான பொருளின் கூழ் வடிவமைப்பு, லிதியம் ம்டர் புராணிக்கும் பரப்பத்திற்காக இடத்தை ஒதுக்குகிறது, அணுக்களின் உள்ளர აქசியை குறைத்து, அணுக்களை

அணுக்கூச்சதிப்பு சிலிக்கன் கார்பன் அனோட் பொருளின் சுழற்சி செயல்திறனை சில அளவுக்கு மேம்படுத்தலாம்.

4. புதிய பைண்டர்

மிகவும் வலிமையான பைண்டர், சிலிக்கன் அணுக்களின் மிதி நிறுத்துவது, சிலிக்கன் எலெக்ட்ரோடு உடைக்காமல் இருக்கிறது, மற்றும் சிலிக்கன் அனோட் பொருட்களின் சுழற்சி நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது. பொதுவான CMC, PAA மற்றும் PVDF பைண்டர் தவிர, TiO2 பூச்சு சிலிக்கன் பொருளை தற்போதைய ஆராய்ச்சியில் லிதியம் மொட்டையாக உடைக்கப்பட்ட சேலை மீட்டெடுப்பதற்காக முயற்சிக்கப்பட்டுள்ளது. பைண்டரின் எலாஸ்டிசிட்டியை மேம்படுத்த, சிலிக்கன் அனோடின் பரவலுக்கான பரியாலத்தின் விரிவிருப்பு மற்றும் சொறுகும் உள்ளருக்கு எதிர்ப்பு அளிக்க, உருவாகும் அழுத்தத்தை வெளியிட, முதலியன.

5. இடைவெளி நிலைத்தன்மை மேம்பாடு

லிதியம் அயன் பேட்டரி அமைப்பானது பல இடைமுக அமைப்பாக உள்ளது, ஒவ்வொரு தொடர்பு இடைமுகத்திற்கும் நிலைத்தன்மை மற்றும் ஒட்டுமொத்த தொடர்பு வலிமையை மேம்படுத்துவது, லிதியம் அயன் பேட்டரி அமைப்பின் சுழற்சிச் நிலைத்தன்மை மற்றும் திறன்படியாக முக்கியமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. எலெக்ட்ரோலைட்டின் தொகுப்பைப் பேம்படுத்துவதன் மூலம் மற்றும் SiOx நிலைமைக்கLayerஐ நீக்குவதன் மூலம், சிலிக்கன் அடிப்படையிலான பொருட்களின் திறன் முன்னேற்பாடு மற்றும் சுழற்சிச் நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்தின. ZnOஐ சிலிக்கன் கார்பன் எலெக்ட்ரோடுக்கு பூசுவதன் மூலம் தொடர்பு இடைமுகத்தை மேம்படுத்தி SEI படத்தின் நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்க.

6. முன்-லிதியம் தொழில்நுட்பம்

சிலிக்கன் அனோட் பொருள் முதலில் மாறாக லிதியத்தை அதிகமாக ஒழிக்கிறது. சிலிக்கன் அனோடில் முன்கூட்டியே சில லிதியம் (தகளம் லித்தியம் மொட்டை அல்லது LixSi) சேர்க்கும் முறையை முன்-லிதியம் தொழில்நுட்பம் என அழைக்கிறோம்.

தற்போதைக்கு, பின்வரும் குருதியேற்றப்பட்ட உலோக லித்தியம் மொட்டை மற்றும் நிலைத்த லிதியம் மொட்டை சேர்க்கவும், அல்லது LixSi கொம்பொசிட்டுகளை சேர்க்கவும், செயற்கை SEI படத்திற்கு பாதுகாப்பு அடுக்கு உருவாக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

சிலிக்கன் அடிப்படையிலான அனோடீப் பொருட்களின் 300% பரவு விரிவுக்கான அளவுக்கு ஒப்பிடுகையில், SiOx அனோடில் செயலுக்கு செயலற்றது ஆக்சிஜன் அறிமுகம் செய்யப்படுவது, லிதியம் அகற்றும் செயலின் போது செயல்திறனை சுலபமாகக் குறைக்கிறது (160%, சிலிக்கன் அனோட்களின் 300% க்குக் குறைவாக),வை மற்றும் சேமிப்பு திறனை உயர்த்துகிறது (1400-1740mAh/g).

எடுத்துக்கூறுவதற்கு, வணிக கிராஃபிட் அனோடுக்கு ஒப்பிடுகையில், SiOx இன் பரவலான அளவுகள் இன்னும் கடுமையானவை, மற்றும் SiOx இன் மின்னியல் வழியேற்றம் Si யைவிட மோசமாக உள்ளது. ஆகையால், SiOx பொருட்கள் வணிக பயன்பாட்டுக்கு வைக்கப்பட வேண்டுமானால், எதிர்கொள்ள வேண்டிய சிரமங்கள் குறைவல்ல. அன்பு பேட்டரிக்கான அனோட்களின் ஒன்றாகும்.

சில்லகண் உரிவின் மின்கர உள்ளடக்கம் மிகக் கெடு, மற்றும் லிதியம் அயனிய நுண் மின்கோலத்தில் எதிர்மறை மின்னியல் மென்சீலிக்கு அதை சேர்த்துக்கொள்ளும் பொதுவான வழி கார்பன் பொருளுடன் சேர்க்கையில். கார்பன் மூலாதாரத் தேர்வு சேர்க்கை பாதுகாப்பு பொறியியல் மீது பெரிய தாக்கத்தை உருவாக்குகிறது. பொதுவாகக் பயன்படுத்தும் கார்பன் மூலாதாரங்களில் பெண்ணோலிக் உறைவிடம் மற்றும் குப்பை போன்ற காரிகாரின் மூலாதாரங்கள், மெஜ்சியல் பொருவர்த்திகள் போன்ற பிறக்கணக்கினர், குளுக்கோஸ் மற்றும் சிட்ரிக் அமிள், கிராபைட், கிராபீன் ஆக்ஸைடு மற்றும் மின்கர பதிவிகள் ஆகியவை உள்ளன. அவற்றுள், கிராபீனின் இரு பரிமாணமான அமைப்பு எல்லா விதத்திலும் பொறுமையுடையது, மற்றும் கிராபீன்-இன்னொரு உலகுச்ச் உரியில் உள்ள SiOx ஆவிகள் மற்றும் சங்கு அசைவையினால் தானாகவே குணமாக்கலுக்கு சென்றுவிடும். பங்கேற்பளிக்கைவிட சில்லகண் உரிகள் கூட தோற்றமாகும், ஒரு பரிமாண சில்லகண் உரிகள் லிதியம் அயன்கள் மற்றும் மின்களாக பரவலாக்கம் செய்ய உதவும்.

சில்லகண்-ஆக்சிஜன் எதிர்மறை மென்சீலிக்கான செயல்பாடு, சில்லகண் உரியின் பருமன் விரிவாக்கத்தின் தாக்கம் சில்லகண் உரியின் விடுவிதத்தைவிடப் பெரிய அளவானது, அதே சமயத்தில், ஆக்சிஜனை அறிமுகப்படுத்துவதால், முதன்மை குளோம்ப் செயல்திறன் குறைகிறது, எனவே, முதன்மை நடவடிக்கையை மேம்படுத்துவது ஒரு சிக்கலான பிரச்சினை ஆகிறது.