لىتىي باتارېيەگە كرېمنىينى ئاساس قىلغان ئانود ماتېرىياللىرىنىڭ قوللىنىش قىيىنلىقى

2025-03-26

ھازىر ، يېڭى ئېنېرگىيە ماشىنىلىرىنىڭ لىتىي ئىئونلۇق باتارېيەسىنىڭ ئېنېرگىيە زىچلىقى يەنىلا ياخشىلىنىۋاتىدۇ ، ئەنئەنىۋى يېقىلغۇ ماشىنىلىرىنىڭ ئورنىنى ئېلىش ئۈچۈن يەنە نۇرغۇن يول بار. قۇۋۋەت لىتىي ئىئونلۇق باتارېيەسىنىڭ ئېنېرگىيە زىچلىقىنى ئاشۇرۇشنىڭ ئاساسلىق ئۇسۇلى يېڭى يۇقىرى سىغىملىق ئانود ۋە كاتود ماتېرىياللىرىنى ئىشلىتىش. كرېمنىينىڭ نەزەرىيىۋى كونكرېت سىغىمى 4200mAh / g غا يېتىدۇ ، بۇ گرافت ئانود ماتېرىياللىرىنىڭ 10 ھەسسىسىدىن كۆپ. شۇڭلاشقا ، ئۇ گرافىتنىڭ ئورنىغا لىتىي باتارېيەسىنىڭ كېيىنكى ئەۋلاد ئانود ماتېرىيالى دەپ قارىلىدۇ.

كرېمنىي يەر پوستىدىكى ئىككىنچى مول ئېلېمېنت. نەزەرىيە جەھەتتىن ئېيتقاندا ، بىر كرېمنىيلىق ئاتوم 4.4 لىتىي ئاتوم بىلەن قېتىلىپ Li4.4Si ھاسىل قىلالايدۇ ، شۇڭا كرېمنىينىڭ نەزەرىيىۋى ئالاھىدە ئىقتىدارى ئىنتايىن يۇقىرى. ئۇنىڭدىن باشقا ، كرېمنىينىڭ لىتىي قىستۇرۇلۇش يوشۇرۇن كۈچى گرافت ئانودنىڭكىدىن يۇقىرى بولۇپ ، لىتىي دېندرىتنىڭ شەكىللىنىشىدىن ئۈنۈملۈك ساقلىنالايدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، كرېمنىينىڭ توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش جەريانىدىكى ھەجىمىنىڭ زور دەرىجىدە ئۆزگىرىشى سەۋەبىدىن بىر قاتار قوشۇمچە ئىنكاسلارنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ:

(1) كۆپ مەقدەرلىك كەڭەيىش ۋە قاتتىقلاش، سىلىكون چاشمىقى ئىچىدە بەلگىلەنگەن كەمچىلىك يىغىلىشنىڭ يۈز بېرىشى، ۋە ئەڭ ئاخىرىدا سىلىكون ماتېرىيالىنىڭ پۇتۇقىغا ئايلىنىشى، نىتىجە ئېچىدە سىلىكون چاشمىقلىرىنىڭ ئوتتۇقىدىكى ئورۇن بەلگىسى شەكىللەنگەن سىلىكون چاشمىقلىرى ئارىسىدىكى ئېلېكتر مىننەتدارلىقى ۋە سىلىكون چاشمىقلىرى بىلەن توك كېلىش بويىچە جۇغراپىيە بويىچە يامان، چوڭ قېتىملىق ئىجرا قىلىشنىڭ يامانلىقى؛

(2) سىڭگىلىك پارتچىقلارنىڭ يۈزلۈك ساندىدا SEI فيلمى پۇچراپ، قايتا قۇرۇلۇپ، بۇرۇمقا يۇقىرى مىقداردا لىتېن ئورنىتىپ، تۆۋەن بىرنەچچە تەسىر بىلەن پەقەت قالايمىق سۈرئىتىگە يول قۇيغان.

شۇنداقلىق، سىلىكونغا ئاساسلانغان ئەسلىھە ماتېرىياللىرىنى ئۆزگەرتىشى كېرەك، ئەگەر ئۇلار مەشһур بولۇپ، قوللىنىشقا ئېرىشەيدىكەن.

سىللىق نىقاتما لىتيم ساقلاش مېكانىزىمى، قوشۇلۇش/چىقىرىش جەريانى زورا شەكىلدىكى كەڭەيش/قىسقارتىشنى سەۋەپ بولىدۇ، قوشۇلۇش قىسمى سىلىكونغا يۇقىرى تەسىر پەيدا قىلىدۇ، ئەمما شۇنداقلا زورا جىددىي جىسمانىي ئۆزگىرىشنى سەۋەپ بولىدۇ، شۇنداق قىلىپ، Li15Si4 قوشۇلمىسىنىڭ تىخىمۇ كۆپ شەكىلنىڭ نىسبى كەڭەيشى 300% چۆرىدە.

پۈتۈن قېتىق، ھەر بىر پارتىكىلنىڭ كەڭەيشى ۋە قىسقارتىشى ئەتراپىدىكى پارتىكىللارنى «پېچەتلەيدۇ»، بۇ قېتىق ماتېرىيالىنىڭ جىددىي قېتىقتىن ئۇدا قېقىلماقچى بولىدۇ، بۇ توك باتارىيەسىنىڭ قۇۋۋىتىنىڭ ناھايىتى ئازايتىلىشىغا ۋە ئايلىنىش ۋاقىتنىڭ قىسقارتىشىغا سەۋەپ بولىدۇ. بىر تەرەپتىن گىلىم سىلىكون پۇرىقى لىتيم جەريانىغا قوشۇلغاندا، سىرتقى قوشۇلغان لى شكلدىكى نونامورف LixSi قېشىلىش مەۋجۇد بولىدۇ، ئىچىدىن قوشۇلغان لىتيم بولمايدىغان بويىچە قېشىش يوق، شۇنداق بولۇپ، ھەرقايسى سىلىكون پارتىكىللىرىدىكى يۇقىرى بەلغۇم قويۇلۇپ، بىرىكمىدىن توكسىق پەيدا قىلىدۇ، ئايلىنىش جەريانىدا دائىم يېڭى سۈپەتنى قۇرۇش، يەرشارى سۇ قاتلامى (SEI بۈلگۈسى) داۋام قىلىپ پەيدا بولۇش ۋە لىتيم ئيوننى داۋاملىق چىقىرىشقا سەۋەپ بولىدۇ، پۈتۈن توك باتارىيەسىنىڭ قۇۋۋىتى داۋاملىق ناھايىتى ئازايتىلىدۇ.

ھازىر، سىلىكون قېتىق ماتېرىياللىرىنى ئۆزگەرتىشنىڭ قوللىنىشلىرى، نەۋرە‌/پۆلۋۇز، يېڭى بيغۇش تەرەققىياتى، سۈپەت مۇستەھكەملىگىنى ئوپتىمال قىلدى، ئالدىن لىتيم تېخنىكىسى زەنجىرىگە قاراتىلغان.

1. سىقلۇق ماتېرىيال كانداچىلىقى

سىللىق قېتىقنىڭ ئىلكۈزدىكى خىزمىتىنى قوشۇش، ئىشلىتىش ياكى ياخشى سىقلۇق تورى سوزۇۋېلىپ، چىقىرىش بەلغۇم راقدىن لىتيم ئيۇنى كەتكۇزۈپ، سىلىكون ماتېرىيال كەڭەيشىگە دەۋەت قىلىدىغان بويىچە يۆتكىمە جەريان پەيدا قىلىشقا رازمۇن قىلىشقا بولىدۇ.

لىكىن بىلدۈرۈلغان سىقلۇق ماتېرىياللار غاز، سىقلۇق پوليمېر، گرافىتلاشقان كاربون ماتېرىياللىرى قاتارلىقلار بىلەن بىرگە. سىلىكون ۋە گرافىت ماتېرىياللىرىنىڭ قوشۇلۇپ، ئەڭ زۆر مۈمكىنلىك ئورنى بار بولۇپ،كار پۈتۈن سىلىكون كاربون (Si/C) قېتىق ماتېرىياللىرى.

2. نانو چوڭلۇق سىلىكون پارتىكىللىرى

ئۆلچەملىك ۋە سىناق نەتچىجىلىرى سىلىكون نانو پارتىكىللىرىنىڭ چوڭلۇقى 150 نانومېتر كېمەيدۇ ۋە قوشۇلغان سىلىكون پارتىكىللىرى 380 نانومېتر كېمەيدۇ، ياكى سىلىكون نانو سوشلورنىڭ رادىئال كەڭلىكى 300 نانومېتر كېمەيدۇ، نانو سىلىكون ماتېرىيالى ئۆزىنىڭ مەۋجۇت كەملىك كەڭەيشىگە تابىليا يارىتىشقا ياردەم بېرەلەيدۇ، لىتيم ئيۇنلىرىنى بىرىنچى قادىن كىرگۈزۈشتە بۈلەن يوق.

مىكرون سىلىكون پارتىكىللىرى بىلەن سېلىشتۇرغاندا، سىلىكون نانو ماتېرىياللىرى يۇقىرى قۇۋۋەتنى، تېخىمۇ مۇستەھكەم بويۇمدىن، مۇناسىۋەتتە تېز شارجلايدىغان ۋە يۈزىگە جىددىي ئىدرار ئۈستىگە پەيدا قىلىدۇ. ھازىر ھاۋا كىمياۋى ۋاپر جۇغروقا پەيدا بولۇش سۈپىتى (CVD)، س liquid-phase جىددىي جەريان، ماغنىستېر تېرما رېتسىغۇچ جىسىم، تۆۋەن قېتىق تاماق قوشۇلىدىغان قورۇتۇش، ئېلېكترون شەيىللەش مەۋجۇت سىلىكون ئۈستى بويىچە ئايرىلىش جەريانىنى تەمىنلەش ئۈچۈن مەشتاۋ ۋاقتىدا بىلىнچىلىك.

3. سىلىكون ماتېرىيالى پۈلۋاز

پۈلۋاز تىزىم سىلىكون كاربون قېتىق ماتېرىيالىنىڭ قوشۇش دەلىللىرىنى رەتتە ياتقۇزۇش، شۇنداقىلا پۈتۈن پارتىكىل ياكى قېتىق جىددىي بويۇمغا دەۋەت سورايدۇ. قوریما سودا مەشغۇل مۇناسىۋەتتە قۇرышنىڭ يۈز قېتىق بۆلگۈسى تەپسىلى: (1) بويۇق سىلىكون قېتىق Q/C نى پەيدا قىلىش؛ (2) Q/C قوشۇمچىسىنىڭ Q-قوشۇمچىلىق تۈزۈلۈشى بار غاز بىرىكتىرگەن بويۇم پرېپاس بولۇشتىن ئىبارەت. (3) پۈلۋاز سىلىكون ماتېرىيالدىن تەييارلاش (سىليون سپونج تۈرى قاتارلىق).

سۆمۈرۈلگەن سىلكونغاندىن ياسالغان مەدەلەنىڭ پۇرچاق تۈزۈلمىسى لىتىي لەبپىسىنىڭ كۆپىلنىشكە بوشلۇق ئېلىپ بىرىدۇ، توخۇما مادىلا رەسىملىرىنىڭ ئىچكى بېسىمىنى پەسەيتىدۇ، ۋە توخۇمىلارنىڭ مۇددەتنى كېچىكتۈرىدۇ.

بۆلەك پۇتۇرسۇزلىشىش سىلىكۇن كاربون ئانود ماتېرىيالنىڭ ئايلانما ئىجراچانلىقىنى بەلگىلىك مەيداندا ياخشىلاپ بەرەلەيدۇ.

4. يېڭى بىننر

كۈچلۈك بىننر سىلىكون پارچىغانىڭ پوچروپ كەتكەنلىكنى ئۈنۈملۈك تاقاش، سىلىكون ئېلېكترودىنىڭ چېشىشىنى تاقاش، ۋە سىلىكون سانى مەدە ياردەم مەخسۇس بېلىقچىلىك ۋە سىكلىش مۇستەھكەملىكىنى ياخشىلايدۇ. ئورуңغا يۈز بەرگەن سىزگىدەك بولۇپ قالماڭ، باندۇرم نى قوشقاندىن سىرت CMC، PAA ۋە PVDF بىننرىدىن بەزى سىنىقول باندۇرنڭ تېخىمۇ ياردەم بەرگىلى سىلىكون مەخسۇنى سۈيدۈرۈشۇڭ. بىننرنىڭ قيدالىق سادىرىسنى ياخشىلايدىغان بىننر، سىلىكون سانىسىنىڭ چۈشۈشىغا ياردەم بىرىش، كىرىشتا قاغىلىشتىن قازىنىشنى بالتۇرۇشتا خاراتنى بەلگىلىمەن.

5. بويۇنلاشتۇرۇشنىڭ مۇستەھكەملىكنى ئوپتىمىلىتىشى

لىتىي ئيون باتارىيە سىستېمىسى - كۆپ بويۇنلاش بويىنچىلىق سىستېمىسى، ھەر بىر بويۇنلاشتۇرۇش بويۇنلاردىكى مۇستەھكەملىك ۋە باندۇرۇش كۈچىنى ياخشىلاش لىتىي ئيون باتارىيە سىستېمىسىنىڭ سىكلىش مۇستەھكەملىكى ۋە قۇۋۋىتىگە مۇھىم تەسىر كۆرسىتىدۇ. ئېلېكترولىتنىڭ تەركىبىنى ياخشىلاپ ۋە SiOx تاقاش قەۋىتىنى قوشۇپ قالمىغانداق، سىلىكونغا ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ قۇۋۋىتىنى ۋە سىكلىش مۇستەھكەملىكىنى ياخشىلاشتۇرۇش بولىدۇ. بويۇنلاشتۇرۇش بويۇنلىرى زىنکا يقلارى سىلىكون كاربون ئېلېكترودىغا قاپلاش ئارقىلىق ئوپتىمىلىتىلدى. SEI قەۋىتىنىڭ مۇستەھكەملىكىنى ئامان قىلىش ئۈچۈن.

6. بەلگىلەنگەن لىتىي تىخنىكىسى

سىلىكون سانى مەخسۇلى بىرىنچى دەۋرنى ئۆتكۈزگەندە بەك چوڭ لايىقسىز لىتىي تەلەپ قىلىدۇ. سىلىكون سانىغا بەلگىلەنگەن لىتىينى (مېتال لىتىي پودر ياكى LixSi) قوشۇش ئارقىلىق لايىقسىز لىتىي تەلەپنىڭ قوشۇلىشى بار بولسا بەلگىلەنگەن لىتىي تىخنىكىسى دەپ ئاتىلىدۇ.

ئاستاوسىدا، بەلگىلەنگەن لىتىي تىخنىكىسىنى قانداق يېڭىلىشى نۇرغۇن يەرلىكلەرغا قوشۇلغان قۇرۇقلۇق ۋە بەرناسىز مىتال لىتىي پۇدر قوشۇپ بەلگىلەندى، ياكى LixSi قوشما قوشۇلما قوشۇپ يېڭىغا جىددىي سۇياقتا قۇرۇماق لايىقسىز قەۋەت قۇرماق.

سىلىكونغا ئاساسلىق بىننر مەخسۇلاتلىرىنىڭ 300% قۇرچرغا تىخنىكەن نەتىجىلەقتە لايىقسىزش مىقدارى ئەكسىگە كойمىغان سىلىكون بىننر مەخسۇلاتلىرى قوشۇلمىسلىق ئىشەنچىلىك سбӣ قايدىڭ بەلگىلەنگەن ئاماللىرىنى تۈزۈش، بەت تۈگىلىكىنىڭ تەرپى سىلىكون SAM بىرىنچى دەۋر سىمپتىسىنىڭ قۇرشارتى: (160%, سىلىكون ئېلېكترودلىرىنىڭ 300%). راستىنمۇ قۇۋۋىتى بەرزەندە يۇقىرى بەرزەندە 1400-1740mAh/g.

ئەمما، سودا سوت سودا كاربون بەلگىلەنگەن سىتىلەردە، SiOx نىڭ قۇرچرلەرى تىخىمۇ غالىب، SiOx نىڭ ئۈنۈملىك سوتى سىلىكونۇڭ سوتوغا يەڭ كوزىڭ نىسۋىتىدە. شۇڭا، SiOx ماتېرىيەللىرىنى سودا قوللىنىشقا كىرگۈزۈش ئۆلچەندە جىددىي قورغىلاپ بىرىش ئۈچۈن تامام بىلىنەن تامام تامام تىزۈشلەرگە بار. لومگەن لىتىي باتارىيەسى بىننر مەخسۇلاتلىرىدىكى تەتقىقات تارماقلىرىدىن بىرى.

سىلىكون ئ окسىدىنىڭ تۇتاشما سۇپىسى يامان، لىتىي ئيون باتارىيىسىنىڭ تەڭ توپیدا بىرلەشتۇرۇشنىڭ ئەڭ ئوچۇق يولى، ئۇنى كاربون ماتېرىيىللىرى بىلەن بىرىنچىلىكتە زىياپىك. كاربون مەنبەسىنىڭ تاللىشى قوشما ماددىلارنىڭ بەلگىلەنگەن سۈپىتىدە زور تەسىر كۆرسىتىدۇ. ئورۇنلۇق كاربون مەنبەلىرى فېنول رېزدە ۋە ئورۇق ذىغىلدا، سىلىكون طارابىدىكى ماتېرىيەللار، گرافىت، گرافين قوزغىلىش ۋە ئۇسۇلقا كۆچۈرۈش يارىلىشى مەڭگۈلۈك. ئۇلارنىڭ ئارىسىدا گرافيننىڭ ئىككى تەرەپلىك تۈزۈلۈشى چىداملىق، گرافين قاپلانغان SiOx خارانىڭ قورگاچ كۈندە قورقماق. سىلىكون ئ окسىدىنىڭ پارچه شەكلىدىن باشقا، بىرىنچى سىلىكون ئ окسىدى ماتېرىياللىرى لىتىي يۇنلىرى ۋە الېكترونلار تەرموچەنىڭ يوپىرىشتا ئاسانلاشتۇرىشنى كۈندىلىدۇر.

سילىكون-تۇز ئەلكتروتلىرى ئەپلىتىلىشىدا، سىلىكون ماتېرىيالىنىڭ بۆلەك كېڭەيىشىنىڭ تسىرچى پەسىل بولغاندىن بۇرۇن، بىرىنچى كولومب ئۈنۈمىنىڭ تۆۋەنلىشىگە سەۋەب بولىدىغان تۈركۈنلەر بىلەن بىرىكمە سەۋەبلى دەپ تۇرۇپ، بىرىنچى ئۈنۈمگە بولغان تەسىرنى يۇكسالدۇرۇش مەسىلىسى چۈشۈرۈلۈشى كېرەك.