冷噴涂過程中硅粒子撞擊銅基板的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、硅因具有較低的電壓平臺和最高的理論比容量，將替代目前鋰離子電池所采用的碳類負(fù)極材料，成為新一代高效的鋰離子電池負(fù)極材料之一。但因硅在嵌鋰和脫鋰過程中巨大的體積膨脹效應(yīng)會致使活性材料粉化甚至電極失效，是硅基鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)亟待需解決的問題。
　　本論文提出利用冷噴涂技術(shù)將負(fù)極活性材料硅粒子沉積在集電器銅箔上以制備硅基負(fù)極。作為前期研究，采用有限元數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，主要分析和探究硅在銅基板上的沉積特性及相關(guān)沉積機(jī)

2、理。
　　首先利用有限元數(shù)值分析方法，模擬了不同粒徑硅粒子、單（多）硅粒子及硅銅復(fù)合粒子在銅基板上的沉積過程，獲得了沉積過程特點(diǎn)以及粒子與基板變形形貌。進(jìn)一步通過改變粒子初始速度、基板初始溫度及硅銅混合比例，探究這些因素對沉積過程的影響規(guī)律及相應(yīng)沉積特性，得出了硅粒子撞擊銅基板的臨界沉積速度以及不同情況下粒子與基板的變形特點(diǎn)和所形成涂層的結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)了無機(jī)非金屬硅粒子與金屬粒子沉積過程的不同以及出現(xiàn)的不同現(xiàn)象。最后利用自主研發(fā)的

3、冷噴涂試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了在銅箔上噴涂硅粉的實(shí)驗(yàn)，制備出硅基負(fù)極。運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）對不同主氣流壓力和溫度、不同硅粒徑下制備的硅涂層斷面及表面形貌進(jìn)行了觀測，并與相關(guān)模擬結(jié)果進(jìn)行了對比、驗(yàn)證和分析。
　　數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果表明，低塑性硅粒子沉積于銅基板時，會形成具有一定空隙的涂層結(jié)構(gòu)且涂層表面凹凸不平。通過在硅粉中添加塑性較高的金屬粒子形成復(fù)合噴涂材料或進(jìn)行多次噴涂可提高涂層的致密性。論文的結(jié)果不僅驗(yàn)證了所提出的利用冷噴