Si/ கிராஃபிக் இணைப்புப் பொருளின் தயாரிப்பு முறை

2025-03-26

இரண்டாம் நிலை லித்தியம் அயன் பேட்டரி, உயர் திறந்த மின் மின்சார வோல்டேஜ், உயர் ஆற்றல் அடர்த்தி, நீண்ட வாழ்க்கை, மாசு இல்லாதது மற்றும் சின்ன சுய வெளியேற்றம் போன்ற பல்வேறு நன்மைகளின் காரணமாக மிகச் சிறந்த சக்தி சேமிப்பு மற்றும் மாற்றம் கருவியாகக் கருதப்படுகிறது. தற்போது, லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள் மேலே கூறியவற்றுக்கு இடையே, மாடர்ன் மின்முகப்பு சாதனங்கள், மின்சார வாகனங்கள் / ஹைபிரிட்டு மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் சக்தி சேமிப்பு முறைமை மாதிரி பரவலாகப் பயன்படுகின்றன. புத்திசாலித்தனமான மற்றும் பல்துறைக் கையேடுகள் தேவையை மையமாகக் கொண்டு, லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளின் ஆற்றல் அடர்த்தியை மேம்படுத்துவது ஆராய்ச்சி மையமாகிவிட்டது. லித்தியம் அயன் பேட்டரி அமைப்பில், அனோட் மற்றும் கேதோட் பொருட்கள் அதன் ஆற்றல் அடர்த்தியில் தீர்க்கமான பாதிப்பை செலுத்துகின்றன.

தற்காலத்தில், வெவ்வேறு அனோட் மற்றும் கேதோட் பொருட்கள் மற்றும் தொடர்புடைய மினக்கோஷ்டிகள் லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளில் உருவாக்கப்பட்டு, பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. வணிக பேட்டரிகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கேதோட் பொருள் கிராஃபைட் என்பதாகும், இதில் மசோ-பேசு கார்டன் மைக்ரோஸ்பீயர் (MCMB), செயற்கை கிராஃபைட் மற்றும் பல்துறை கிராஃபைட் உள்ளிட்டவை முக்கியமாக சேர்க்கப்படுகின்றன. கிராஃபைட்டால் செய்யப்பட்ட லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள் முக்கியமாக கொள்கைப்பொருள் மின்சார பொருட்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. திருத்தப்பட்ட கிராஃபைட் சக்தி பேட்டரிகள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிகளில் பயன்படுத்தப்பட்டது. சந்தையில் உள்ள உயர்தர கிராஃபைட் தயாரிப்புகளின் குறிப்பிட்ட திறன் 360mA• H •g−1 என்ற தியோரத்திக்கான தேவை அருகிலுள்ளதா, மேலும் இது மிகவும் சிறந்த சுழற்சி திறனை வைத்துள்ளது, மேலும் மேம்படுத்துவது கடினமானது. சிமுலேஷன் முடிவுகள், கேதோட் பொருளின் குறிப்பிட்ட திறனை 1200mA•h•g−1 இல் அதிகரிப்பது பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்தியை மேம்படுத்துவதற்காக மிகவும் உதவியாக இருக்கும் என்பதை காட்டுகிறது.

தற்போது, ​​Si/ கிராஃபைட் கலவைகளைத் தயாரிப்பதில் உள்ள முக்கிய சிக்கல், நானோ-Si மற்றும் கிராஃபைட்டின் சீரான மற்றும் நிலையான கலவையை எவ்வாறு உறுதி செய்வது என்பதுதான், இதனால் கலவைகள் அதிக குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் சுழற்சி நிலைத்தன்மை இரண்டையும் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள முடியும். பொதுவாக, நானோ-Si மற்றும் கிராஃபைட்டை மூலப்பொருட்களாகக் கொண்ட Si/ கிராஃபைட் கலவைகளைத் தயாரிப்பது பல்வேறு தொழில்நுட்ப வழிமுறைகளுடன் இணைக்கப்பட வேண்டும். இந்த ஆய்வறிக்கையில், வகைப்படுத்த Si மற்றும் கிராஃபைட் கலவையின் ஒரு-படி நுட்பத்தை மட்டுமே பயன்படுத்துகிறோம், இதில் முக்கியமாக திட-கட்ட கலவை முறை, திரவ கட்ட செயல்முறை மற்றும் நீராவி படிவு செயல்முறை ஆகியவை அடங்கும்.

ஒரு, உறுதிப்படுத்தப்பட்ட கலவையின் முறை.

முதலாவது கட்டத்தில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் மிகவும் எளிதான இயந்திர கலவையால் Si/ கிராஃபைட் கூட்டுகளை உருவாக்குவது, அதாவது உறுதிப் கலவையின் முறையை பயன்படுத்தினர். உறுதிப் கூட்டுறவு முறை எளிதானது, Si மற்றும் கிராஃபைட் இணைவது மிகவும் நெருக்கமாக இல்லை, மேலும் மினக்கோஷ்டில் ஒரு மள்கூடு Si வெளிக்கு வந்தால், இது எலக்ட்ரோ சென்றிலையில் எதிர்மறை விளைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது.

உதாரணமாக, செங் மற்றும் பலர், நானோ-Si/கிராஃபைட்/பல-சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களின் கலவையைப் பெற, ஒரு துருப்பிடிக்காத எஃகு பந்து ஆலை தொட்டியில் மைக்ரான் Si தூள், கிராஃபைட் தூள் மற்றும் பல-சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களை அரைக்க ஒரு உயர் ஆற்றல் இயந்திர பந்து ஆலையைப் பயன்படுத்தினர், இதில் Si உள்ளடக்கம் 33wt ஆகும். மின்னோட்ட அடர்த்தி 35mA•g−1 ஆக இருந்தபோது முதல் மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் சுமார் 2000mA•h•g−1 ஆகவும், 20 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் 584mA•h•g−1 ஆகவும் இருந்ததாக மின்வேதியியல் சோதனைகள் காட்டின.

Xu et al. 100nm சதுரவிலக்கமுள்ள Si நானோவை உலோக வரையறை சிதைப்பு செய்து உருவாக்கினர், பின்னர் உருபுண்ணப்படி 15wt% Si நானோவை கிராப்பைட் தூளுடன் நேரடியாக மாவுசெய்து Si நானோவை/கிராப்பைட் அனோடு பொருட்கள் தயாரிக்கின்றனர். முதலாவது குளோம்ப் திறன் 74% மற்றும் திரும்பக்கூடிய தனிகுறி திறன் 15 சுற்றுகளில் 514mA • H • G −1 ஆக இருக்கும். Yin, மெக்கானிக்கல் பால்மில்லிங் மூலம் Si தூண், Mn தூள் மற்றும் கிராப்பைட் ஆகியவற்றை இயக்கி Si/Mn/ கிராப்பைட் மைக்கிரோன் அளவீட்டு கலவைகளைப் பெற்றார், இதில் Si உள்ளடக்கம் 20wt%. முதலாவது குளோம்ப் திறன் 70% ஆகும் மற்றும் திரும்பக்கூடிய தனிகுறி திறன் 20 சுற்றுகளுக்குப் பிறகு 463mA•h•g−1 ஆக இருக்கும், அதில் தற்போதைய அடர்த்தி 0.15mA•cm−2 ஆக இருக்கும்.

Whittingham et al. Si தூள், அலுமினியம் தூள் மற்றும் கிராப்பைட் ஆகியவற்றின் மெக்கானிக்கல் பால்மில்லிங் மூலம் Si-Al-கிராப்பைட் கலவைகளைப் பெற்றனர், இதில் Si உள்ளடக்கம் 7.9%. 0.5mA•cm−2 மின்சார அடர்த்தியில், முதல் திரும்பக்கூடிய தனிகுறி திறன் 800mA•h•g−1 ஆக உள்ளது மற்றும் குளோம்ப் திறன் 80% ஆக உள்ளது. 10 சுற்றுகளுக்கு பிறகு, திரும்பக்கூடிய தனிகுறி திறன் சுமார் 700mA•h•g−1 ஆக இருந்தது.

Kim et al. மைக்ரோன் Si தூளை மாவுசெய்து நானோ-Si தூளை தயாரித்து பின்னர் அதை பிச்சுடன் மற்றும் கிராப்பைட் சீதுடன் இணைக்கின்றனர். மெக்கானிக்கல் கிரானுலேஷன் மற்றும் உயர் வெப்ப கலைப்புக்குப் பிறகு, நானோ-Si/ஆமார்பஸ் கார்பன்/கிராப்பைட் பந்து கலவையைப் பெற்றனர், இதில் Si உள்ளடக்கம் சுமார் 20%. தயாரிப்பு அமைப்பு படம் 2ல் காணப்படுகிறது. மின்மயக்கம் சோதனைகள், 140mA•g−1 மின் அடர்த்தியில் முதல் திரும்பக்கூடிய தனிகுறி திறன் 560mA•h•g−1 ஆக இருக்கிறது, முதலாவது குளோம்ப் திறன் 86%, மற்றும் 30 சுற்றுகளுக்குப் பிறகு திரும்பக்கூடிய தனிகுறி திறன் 80% ஆக உள்ளது. மூன்றாகிய M மின்தானியம் (M = உலோகம், கிராஃபேன் அல்லது ஆமார்பஸ் கார்பன்) போன்றதும் Si மற்றும் கிராப்பைடு இடையே அசையோடு இணைக்க உதவுகிறது, இது பொருளின் மின்கசிவு திறனை அதிகரிக்க உதவுகிறது, மேலும் Si/ கிராப்பைட் கலவைகளின் தயாரிப்பு குறித்த புதிய வடிவமைப்பு யோசனையை வழங்குகிறது.

二、தரிசிகரக்கூறின் திருவினை

திரவக் கட்டமைப்புப் செயல்முறை உற்பத்தியினரால் செலவழிக்கப்படுகிற இவ்வளவு செயல்முறைப்பார்வை, மற்றும் சாதாரணமாக மூன்றாவது கட்டத்தை M (ஆமார்பஸ் கார்பன், கிராஃபேன், உலோகம், உலோக ஸிலிசைடு, என்னவற்றாகவும்) பொருள் உள்ளடக்கம் பூங்கொத்தி வழியாக வடிவருத்துகிறது, இது Si மற்றும் கிராப்பைடின் இணைப்பை ஊக்குவிக்கிறது, இது Si/ கிராப்பைட் கலவையீர்க்க ஒரு முக்கிய திசை.

Guo et al. நானோ-Si, சிட்ரிக் ஆசிட் மற்றும் ரீட்டுயர் கிராப்பைட்டை எத்தொதுகுதியில் முழுமையாக பரவின. வறுத்த பிறகு 500℃ல் கலைத்துப் Nano-Si/ஆமார்பஸ் கார்பன்/கிராப்பைட் கலவைகள் பெறுகின்றனர், இதில் ஆமார்பஸ் கார்பன் நானோ-Si யை கிராப்பைட்டின் மேற்பரப்பிற்குக் கனமாக “அணி” செய்கிறது, மேலும் Si யின் அளவு சுமார் 7.2% ஆக உள்ளது. மின்மயக்கம் சோதனைகள் 0.1A•g−1 அடர்த்தியில் முதலாவது குளோம்ப் திறன் சுமார் 80% மற்றும் திரும்பக்கூடிய தனிகுறை திறன் 476mA•h•g−1 ஆக இருக்கிறது என்பதை காட்டுகின்றன, மேலும் 100 சுற்றுகளுக்குப் பிறகு அவளது தனிகுறை 86% ஆக உள்ளது.

சாவோ மற்றும் அவர்களின் குழு வணிக நானோ-சிலிக்கான் உருக்கையுடன் மற்றும் கிரேப்தை தாளுடன் மூலம் மூலப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தி, மெக்கானிக்கல் பந்து மிலிங்க், ஸ்ப்ரே தீர்ச்சி தொழில்நுட்பம் மற்றும் உயர் வெப்பகலன் மூலம் நானோ-சி / அமோர்பஸ் கார்பன் / கிரேப்தைப் பொருத்தங்களை பெறுவதற்கான சூத்திரத்தைக் கொண்டுள்ளனர். இதில் சி உள்ளடக்கம் சுமார் 10% ஆக இருக்கும். படத்தில் 3, தயாரிப்பு செயலியின் ஓட்டத்தின் வரைப்பு கூறப்பட்டுள்ளது. பெறப்பட்டது இறுதிப் மாதிரிகள் கிரேப்தை தாள்கள், சி நானோப்பகுதிகள் மற்றும் அமோர்பஸ் கார்பன் ஆகியவற்றால் உள்ள அலகுகளாக அமைந்த மைக்ரான் மனிதர்கள் ஆக இருக்கின்றன, இது FIG. 4ல் காட்டப்பட்டுள்ளது. 0.2A•g−1 மின் அடர்த்தி கீழ், முதல் வளையத்தின் குலோம்ப் திறன் 74% ஆகும், மற்றும் மீள்மொழிகருஅகமான குறிப்பிட்ட திறன் 587mA•h•g−1 ஆக இருக்கின்றது. 0.5A•g−1 மின் அடர்த்தியில் 300 சுற்றங்கள் உள்ளூர் திறன் 420mA•h•g−1 உடன் காக்கப்படுகிறது.

Su, இயந்திர பந்து அரைத்தல் மைக்ரான் அளவு Si தூள் தயாரித்தல், நானோமீட்டர் Si தூள் (100 nm) நீர் கரைசலில், நானோ Si, குளுக்கோஸ், கிராஃபிடைஸ் செய்யப்பட்ட கார்பன் நானோ பந்து சமமாக சிதறடிக்கப்பட்டது, தெளிப்பு உலர்த்தும் கிரானுலேஷனை மைக்ரோ பந்து முன்னோடியாக மாற்றிய பிறகு, Si/அமார்ஃபஸ் கார்பன்/கிராஃபைட் கலப்பு பொருட்களுக்கான மந்த வாயுவில் 900 ℃ கால்சினேஷன் செயல்முறைக்குப் பிறகு, Si உள்ளடக்கம் உட்பட 5 w t% ஆகும். இதன் விளைவாக வரும் தயாரிப்பு பலநிலை அமைப்பைக் கொண்ட ஒரு மைக்ரான் கோளமாகும், படம் 5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி. மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட கொள்ளளவுகள் முறையே 500 மற்றும் 1000mA•g−1 இல் 435 மற்றும் 380mA•h•g−1 என்பதைக் காட்டுகின்றன. 50mA•g−1 இன் 100 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட கொள்ளளவு 483mA•h•g−1 ஆகும், ஆனால் முதல் கூலம்ப் செயல்திறன் 51% மட்டுமே, முக்கியமாக நானோ அளவிலான துகள்கள் பெரிய குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புகளைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் அதிக எண்ணிக்கையிலான SEI படலங்களை உருவாக்குகின்றன.

கிம் மற்றும் அவர்களது குழு முதலில் ஆழக்கரிகை இதயப்புழுதியில் இல்லியம் கரைக்கின்றனர், பின்னர் நானோ சி உருக்கையும் கிரேப்தை நானோ உருப்படிகளையும் சேர்க்கின்றனர். அல்ட்ராஸொனிக் பரபரப்பில் பிறகு, இல்லியம் மின்கலையாக பறிகிறது, அதில், சி மற்றும் கிரேப்தி அளவுகளை மூலப் பொருட்களைச் சேர்க்கின்றதனால் கட்டுப்படுத்தலாம். Ar வாயுவில் 1000℃ இல் கலினிய பிறகு, ஆஸ்பால்ட் போட்டு உருவாகும் அமோர்பஸ் கார்பன் கிரேப்தை நானோ பட்டைகள் மேலே “ஒட்டுகிறது”, இது FIG. 6ல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இறுதிப் தயாரிப்பு “உருளைக்கிழங்கு வடிவம்” கொண்ட கலவைகளை ஆக இருக்கின்றன, மற்றும் சி நானோப்பகுதிகள் கிரேப்தை உருப்படிகள் வெளிப்புற அடிப்படையில் ஒரே மாதிரியாயிருக்கின்றன.

மின் அடர்த்தி 0.15A•g−1 போது, 15% சி மூலிய விழுப்பாட்டுடன் உள்ள பொருத்தங்கள், முதலில் மீள்மொழிகருஅகமான திறன் மற்றும் முதல் குலோம்ப் திறன் 712mA•h•g−1 மற்றும் 85% ஆக இருக்கின்றது. 100 சுற்றங்களுக்கு பிறகு, மீள்மொழிகருஅகமான திறன் 80% ஆகவே இருக்கும். சி உள்ளடக்கம் அதிகரிப்பதற்கான போது, பொருத்தத்தின் குறிப்பிட்ட திறன் மேம்படுத்தப்படுகிறது, ஆனால் சுற்று நிலைத்தன்மை இவ்வளவாக உயர்வாக இல்லை, முதலாக சி தெரி விரிவாக்கத்தின் காரணமாக.

மூன்று, கெமிக்கல் வாயு கொடுக்கல்

வேதியியல் நீராவி படிவு முக்கியமாக கிராஃபைட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அதிக வெப்பநிலையில் சிலேனின் பைரோலிசிஸ் மூலம் Si கிராஃபைட் மேற்பரப்பில் படிகிறது. நீராவி படிவின் மிகப்பெரிய நன்மை என்னவென்றால், Si நானோ துகள்களை கிராஃபைட்டின் மேற்பரப்பில் சீராக விநியோகிக்க முடியும். ஹோல்சாப்ஃபெல் மற்றும் பலர், வேதியியல் நீராவி படிவு மூலம் கிராஃபைட் தாளின் மேற்பரப்பில் Si நானோ துகள்களின் அடுக்கை நேரடியாக வளர்த்தனர் (Si துகள் அளவு 10-20nm, நிறை பின்னம் 7.1%). மின் வேதியியல் சோதனைகள் முதல் மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் 520mA•h•g−1, கூலம்ப் செயல்திறன் 75%, மற்றும் மின்னோட்ட அடர்த்தி 10mA•g−1 ஆக இருக்கும்போது மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் 470mA•h•g−1 என்பதைக் காட்டுகின்றன.

சோ மற்றும் பலர், உலோக நிக்கலால் வினையூக்கப்பட்ட கிராஃபைட் நுண்கோளங்களை பொறிப்பதன் மூலம் நுண்துளை கிராஃபைட்டைப் பெற்றனர், பின்னர் உலோகத் தங்கத்தின் வினையூக்கி விரிசல் சிலேனைப் பயன்படுத்தி நுண்துளை கிராஃபைட்டில் Si நானோவயர்களை வளர்த்தனர். Si இன் நிறை பின்னம் 20% ஆக இருந்ததால் Si நானோவயர்கள்/கிராஃபைட் கலவைகள் பெறப்பட்டன. படம் 7 தயாரிப்பு செயல்முறையின் உருவகப்படுத்துதல் வரைபடத்தைக் காட்டுகிறது. மின்னோட்ட அடர்த்தி 0.05c ஆக இருந்தபோது (1C = 1050mA•h•cm−2), முதல் சுழற்சியின் மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் கூலம்ப் செயல்திறன் முறையே 1230mA•h•cm−2 மற்றும் 91% ஆகும். 0.2c இல் 100 சுழற்சிகளுக்கு மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் 1014mA•h•cm−2 ஆக இருந்தது, மேலும் வெளிப்படையான தணிவு காணப்படவில்லை.

சுருக்கம் மற்றும் எதிர்காலம்

சுருக்கமாக, சி நானோகிரிஸ்டலின் கிராஃபைட்டை உருவாக்கும் சிக்கலான செயல்முறை சீரமைக்கும் முறையை, திரவத் தொழில்முறை மற்றும் காஸைச் நிகழ்ச்சி முறையைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, இடைப்பட்ட உலோகத்தை, திட்டமிடும் உத்திகளை, வெப்பில் செயன்படுத்தும் மற்றும் பிற தொழில்நுட்பக் கருவிகளை மீதி கூட்டுவது வழிமுறையிலான தொழில்நுட்பமாகும். பொதுவாக, மூன்றாவது கட்டம் உலோகப்பொருள் (அமோர்பஸ் கார்பன், கிராஃபீன், உலோகம், உலோக செலிடைட்) சேர்க்கையில் சி மற்றும் கிராஃபைட் ஒன்றாக ஆன்மி அடையாளப்படி மீண்டும் உண்டாக்குவது மேலும் ஊக்கத்தை அதிகரிக்க முடியும், குடுப்பின் பயன்பாடு மற்றும் எளிது அன்று கேய்மீன்களை நேரடியாக தொடுவதுண்டாக்கிக் கொண்டது.