Анализ циклических характеристик кремниево-графитового отрицательного электрода (графит))

Изменение рамановского изображения высокого разрешения кремния до и после циклов зарядки

На рисунке показаны результаты наложения рамановского изображения (цветная часть) на профиль поверхности (серая часть) для композитного электрода графит-Si. Изображение распределения компонентов с высоким разрешением для нанокремния или технического углерода можно получить с высоким пространственным разрешением 350 нм.
(Измерение 1) PVdF используется в качестве связки.
(Измерение 2) Функциональное связующее вещество PAANa используется для того, чтобы попытаться изучить изменение циклических особенностей графит-Si композитного электрода.

Результат 1: наблюдение нанокремния, изолированного и инактивированного расширением объема

Ниже приведенные результаты измерения комбинационного рассеяния композитного электрода графит-Si с использованием PVdF в качестве связки до и после циклирования. Высоко кристаллический нанокремний (красный) можно наблюдать на поверхности электрода перед циклом. После циклирования, кроме увеличения легирующей составляющей, становящейся аморфной, проводимость к токосъемнику предотвращается за счет объемного расширения, из-за которого нанокремний становится неактивным (изображение внизу слева, внутри красного круга).

Перед циклом: нанокристаллический кремний (красный) с высокой степенью кристалличности

 

После цикла: можно увидеть неактивный нанокремний, который отслоился от поверхности электрода из-за расширения объема. Результат 2: Наблюдение за равномерно легированным аморфным кремнием по всей поверхности

Ниже приведенные результаты измерения комбинационного рассеяния композитного электрода графит-Si с использованием полимера полиакриловой кислоты (PAANa) в качестве функционального связующего вещества до и после циклирования. Известно, что полиакрилат натрия, покрывающий поверхность электрода, может предотвратить разрушение вызванное расширения кремния и улучшить способность к циклированию. Согласно полученным измерениям на приборе RAMANtouch было подтверждено, что аморфный кремний равномерно легируется по всей поверхности электрода после циклирования.

До цикла: высококристаллический нанокремний диспергируется по поверхности электрода

 

После цикла: происходит равномерное легирование по всей поверхности электрода In-situ рамановская спектроскопия на месте в неактивном газе и электролите (опция)

Компания Nanophoton может также разработать специальную ячейку для in-situ измерения комбинационного рассеяния в соответствии с требованиями клиента. Использование иммерсионного объектива для измерений в электролите позволит получать рамановское изображение с более высоким пространственным разрешением.

Механизм действия функционального связующего вещества PAANa

Кремниевый отрицательный электрод имеет более чем в 10 раз большую теоретическую емкость, чем обычный электрод, и считается материалом для аккумуляторной батареи нового поколения. Однако в процессе приема лития во время зарядки объем увеличивается в 4 раза, что легко приводит к его поломке. Таким образом, жизненный цикл стал коротким и трудным для практического использования.

Функциональное связующее полиакрилата натрия (PAANa) равномерно покрывает поверхность электрода и действует как паста, благодаря чему он может предотвратить разрушение частиц кремния из-за объемного расширения. Ожидается, что практическое использование будет реализовано из-за характеристик кремниевого отрицательного электрода, материала электрода с высокой емкостью, который может быть значительно улучшен благодаря улучшениям в цикличности с PAANa.

Механизм функционального связующего вещества PAANa

Литература:
M. Winter et al., Electrochem. Solid-State Lett.,11, 5 (2008).
S. Komaba et al., Electrochem. Solid-State Lett., 12 107 (2009).
S. Komaba et al., J. Power Sources, 189, 197-203 (2009).

Рекомендуемая продукция Nanophoton:
Зарядный/разрядный контейнер для in-situ рамановского измерения LIBcell charge
Контейнер закрытого типа LIBcell