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已认?/p>
为了满足对高性能锂离子电池日益增长的需求,人们对潜在负极材料进行了大量的研究开发,其中,Si材料被认为是最有希望取代碳基材料的负极材料、/p>
但在实际应用中,Si材料会受到电池在充放电过程中电极结构和体积变化的阻碍,这可能会导致开口裂纹、电极损毁和活性物质与电流之间电接触的损失,最终造成电池的循环性能降低、电池容量快速衰减、/p>
从微观角度分析,Si负极失效的主要原因是缺乏韧性与损伤容限、/p>
在当前研究中,通过低成本的机械研磨(MM)合成了一种新型的具有缠结带结构的 Si/Sn 复合材料,其中Sn具有较强的韧性,能够承受高变形。研究中基于该特性开发新型材料,从而对锂离子电池负极材料的电化学性能进行改善、/p>
实验设计
1、实验原理:
选择脆性Si和延展性Sn作为开发新型负极的原始材料,通过机械研磨的方法来实现带状Sn的形成和脆性颗粒Si的细化、/p>
使用FRITSCH皃strong>行星式球磨机对原料进行研磨,当不锈钢研磨罐以300rpm的转速旋转时,不锈钢研磨球就会以超高能量撞击粉末颗粒。在不锈钢研磨球撞击罐壁或两个研磨球相互撞击时,延展性Sn粉和脆性Si粉会被挤压在其界面间、/p>
延展性Sn粉被反复地压扁、折断和连接,最终,Sn粉尺寸持续减小并形成缠结带;脆性Si粉作为一种脆性非金属材料,易被折断和压碎,能在研磨中被反复破坏从而实现细化、/p>
2、实验方案:
使用FRITSCH皃strong>行星式球磨机PULVERISETTE 5进行实验9/p>
实验配置9/strong>
为研究在球磨过程中,Si/Sn复合材料的结构转变,制备?组不同球磨时间的样品,并对所得复合材料的阶段性变化进行了电镜观察?nbsp;
实验结果与分枏/strong>
1、材料的形貌变化
? (a) 前驱体Si粉的扫描电镜图像?b) 初始Sn粉的扫描电镜图像、/p>
? (a) 研磨1?0?5?0?5 h样品的扫描电镜图像;(b)研磨20 h复合材料的高倍扫描电镜图像;(c) 研磨20 h复合材料的能谱图像,其中插图为扫描电镜的形貌显微图、/p>
当研磨时间达?h,从扫描电镜中已经能够观察到缠结带结构。随后,缠结带的数量随着研磨时间的增长而不断增加、/p>
当研磨时间达?0h,缠结带的数量达到峰值,继续研磨,缠结带开始聚集成簇,缠结带的数量开始减少、/p>
与其?组样品相比,研磨20h的样品缠结带数量最多,由此推测20h可能是材料结构发生变化的临界时长。为了确定缠结带的形态特征,选择该组样品作为详细形貌研究的对象,其放大状态如?(b)所示、/p>
2、材料成分检浊/strong>
实验中,使用FRITSCH不锈钢配件,材料耐磨可靠,可避免样品被其他金属污染;另外,可设置行星式球磨机PULVERISETTE 5的运行时间,每研?h、休?0min,从而减少研磨过程中的热效应,并防止Si和Sn氧化、/p>
? 5 组研磨样品的XRD图像
如图3所示,5组复合材料的XRD图像中均未出现与氧化硅或不锈钢等成分对应的衍射峰。这说明在使?strong>PULVERISETTE 5进行研磨的过程中+strong>有效防止了材料氧化与金属污染、/strong>
3、材料的电化学性能
? 比较Si/Sn复合电极?组研磨样品的循环性能,所有电极都?00 mA/g下循?0次、/p>
?00mA/g条件下,比较?组样品不同研磨时间(1h?0h?5h?0h?5h)的循环性能,结果如表中所示:
对于缠结带数量最多的样品(研?0h的样品),其初始放电容量?370mAh/g,在?循环下降?100mAh/g,但在随后的50个循环中,表现出稳定的循环性能,其容量保持?000mAh/g、/p>
结果表明,与其他4组复合材料相比,含有最多缠结带数量的复合材料,其电化学性能有所提高、/p>
与Si电极相比,Si/Sn复合材料中的缠结带结构可以为活性Si在充放电期间的膨胀提供更多的适应空间,减轻内应力,同时,缠结带还可以作为Si的约束框架,并保持活性材料与集电器之间电接触的完整性,从而防止电极在嵌锂和脱锂过程中极化、/p>
FRITSCH 劾/strong>
双罐/四罐行星式球磨机PULVERISETTE 5
研磨细度?μm(取决于样品材质(/p>
1、最多可同时研磨8组样?/strong>
降低时间成本,提高研磨效率、/p>
2、可充惰性气体盖
轻松充入惰性气体,可实现机械合金化过程。双阀门的设计,确保运行惰性气体的安全充入,并将其稳固地锁紧在球磨机内、/p>
3、安全锁紧装?/strong>
操作简便快捷,为高效研磨保驾护航、/p>
4、GTM温度、压力监控系绞/strong>
通过持续高灵敏度的监测, 实现“在线”观测研磨腔内急剧变化、/p>
- PULVERISETTE 29小型研磨朹/a>
- 纳米粒度仪A22 NeXT Nano
- 刀式研磨仪
- 可变速高速旋转粉碎机 加强垊/a>
- 数显式精密筛分机/?/a>
- 四罐行星式高能球磨机/?/a>
- 小型行星式高能球磨机/ 加强垊/a>
- 单罐行星式高能球磨机/?/a>
- 可变速高速旋转粉碎机/?/a>
- 可调速切割粉碎机
- Fritsch双罐行星式球磨机/ P5加强垊/a>
- FRITSCH P7纳米 低温制冷行星式球磨机 加强垊/a>
- 通用切割研磨??/a>
- 切割研磨??/a>
- 微型振动研磨??/a>
- 强力切割研磨??/a>
- 微型研磨??/a>
- 振动杯式研磨??/a>