静电喷雾沉积方法在锂离子电池材料中的应用ESD method and its applications in Li-ion electrode material
静电雾化沉积制备薄膜eliPPT课件
静电雾化沉积技术的优势
静电雾化沉积技术具有高沉积速 率和高成膜质量，能够实现大面
积快速成膜。
该技术对基材的形状和尺寸适应 性较强，可应用于各种形状和尺
寸的基材表面。
静电雾化沉积技术可实现多种材 料的沉积，如金属、陶瓷、聚合
物等，具有广泛的应用前景。
02
静电雾化沉积制备薄膜的 工艺流程
制备前的准备
技术创新与改进
高效能电源技术
研发更高电压、更稳定输出的电 源，提高薄膜沉积速率和均匀性。
优化电极设计
改进电极结构，降低电极电阻，提 高电流效率。
精确控制技术
引入智能控制系统，实现工艺参数 的实时监测与自动调节。
新材料的应用
高导电材料
探索新型高导电性能的材料，提 高薄膜的导电性能。
多功能复合材料
研究具有多种功能（如导电、导 热、抗氧化等）的复合材料，拓
在不同环境下的稳定性。
03
静电雾化沉积制备薄膜的 应用领域
电子器件领域
微电子器件
用于制造集成电路、微电子机械 系统等，提高器件性能和可靠性 。
导体薄膜
用于制造电极、触点等，提高导 电性能和稳定性。
光学器件领域
光学薄膜
用于制造反射镜、滤光片、增透膜等，提高光学性能和稳定 性。
激光薄膜
用于制造激光器、光放大器等，提高激光输出性能和稳定性 。
设备成本高
静电雾化沉积设备结构复杂，制造成本较高，增加了生产成本。
稳定性问题
在制备过程中，由于各种因素的影响，如电压波动、环境湿度等， 可能导致薄膜质量不稳定。
应用局限性
对于某些特殊材料或特定应用领域，静电雾化沉积制备薄膜可能不 是最佳选择。
对未来发展的展望
锂离子电池电极材料选择
1
引言
从 1991 年 日 本 SONY 公 司 首 次 推 出 商 品 化 锂
正极材料中licoo2是目前应用最为广泛的锂在正负电极材料之脱离正极进入电解液通过隔膜向负极方向进入电解液穿过隔膜向正极方向迁移并离子电池正极材料1991年sony公司率先推出的第一种商品锂离子电池正极材料就是licoo1于其在电压稳定性可逆性充放电效率等方面具有优良性能再加上全球手机数码产品电动玩具等市场迅速发展licoo2一直保持着强劲的发展势头
Contents
1 2 3 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 Introduction Performance requirements of electrode materials for lithium ion battery Positive electrode matry LiFePO 4 Li 3 V 2 （ PO 4 ） 3 positive electrode material — — LiNi 0. 5 Mn 1. 5 O 4 5V Positive electrode material — Preparation of LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 by radiated polymer gel method
new electrode materials are urgently needed to meet the demands of the society. In this review ，some knowledge about lithium ion battery is first given. Then we focus on several new positive / negative electrode materials reported up to date. When they were used as lithium ion battery electrode materials ，how they are synthesized ，the main improvement methods and their electrochemical performance will be presented. Finally ，we give a short summary of the advantages / disadvantages of these new electrode materials. applications of lithium ion batteries in the future is proposed. Key words lithium ion battery ； new electrode materials ； high performance 4 4. 1 4. 2 4. 3 4. 4 4. 5 4. 6 5 Negative electrode materials of lithium ion battery VO x compounds Li 4 Ti 5 O 12 C / Si composite material α -Fe 2 O 3 thin film Fe 3 O 4 Li 3 V 2 （ PO 4 ） 3 negative electrode material Conclusions and outlook Furthermore ， an outlook for the potential
静电喷雾制备MnO作为锂离子电池的负极材料
58.7%
[1]
USP ASP
725 625
29.2% 49.5%
71.0% 48.7%
[2] [3]
ESD
700
14.2%
83.9%
[4 5]
ESD
775 28.6% (373mA/g)
70.5%
[6 7]
Conclusion
1、MnO and MnO-C composite materials with different morphology are synthesized via two processes of spraying,respectively 2、The choice of substrate have influence on ESD film， MnO@Ni deliver high capacity, good cycling stability and excellent rate capability 3、From the comparison of electrochemical properties， ESD method of thin film material with higher capacity and lower initial irreversible capacity loss 4、The pilot-scale spray drying system is invented，the efficiency of the preparation of material is higher than the ESD
2. MnO-C composite powders
0.15 M precursor solution
Mn(Ac)2· 4H2O Dextrin
electrodeposition method -回复
electrodeposition method -回复什么是电沉积法，它的工作原理是什么，以及它在各个领域的应用。
电沉积法（Electrodeposition Method）是一种利用电流作用于电化学电极上的物质，通过电解的方式将物质沉积到表面的方法。
这种方法是一种常见的金属制备和表面处理技术，在材料科学、电化学以及金属加工等领域具有广泛的应用。
电沉积法的工作原理是基于电化学反应的原理。
当电流通过电解质溶液后，正电极（阳极）上的物质被氧化成带正电荷的离子，而负电极（阴极）上的物质被还原为带负电荷的单质或化合物。
通过控制电流的大小、电化学电位以及电解液的成分，可以实现对物质的选择性沉积和控制其沉积速度的调节。
电沉积法在各个领域中有着广泛的应用。
首先，在金属材料制备中，电沉积法可以用于金属镀膜和合金制备。
比如，在汽车工业中，汽车零件的镀铬、镀镍等处理就是使用电沉积法来实现的。
另外，电沉积法也可用于制备金属纳米颗粒和薄膜材料，这些材料在纳米技术和光电器件中有重要的应用。
其次，电沉积法在电化学领域中也扮演着重要的角色。
如电池制造领域，通过电沉积法可以制备电极材料，如锂离子电池的正极材料锂铁磷酸锂（LiFePO4）。
此外，电沉积法还可以用于制备超级电容器电极材料、光电催化剂等。
最后，电沉积法在其他领域中也有着广泛的应用。
在电子器件领域，电沉积法可用于制备高精度的金属线路、电极和导体。
在化学传感器领域，电沉积法可用于制备具有特定表面形貌和组成的感知材料，如金纳米颗粒修饰的电极。
此外，电沉积法还可以用于修复和保护文物、制备微观和纳米结构材料等。
总的来说，电沉积法是一种重要的金属制备和表面处理技术，基于电化学反应的原理，可以实现对物质的选择性沉积，并且具有广泛的应用领域。
通过不断的研究和发展，相信电沉积法将在材料科学和电化学领域中发挥更重要的作用。
材料合成化学-题
材料合成化学-题判断题（对填“ T”，错填“ F”）1. 高温超导体是指能在室温以上温度工作的超导材料。
（）2. 制备多元金属氧化物粉体的甘氨酸法比柠檬酸盐燃烧法的化学反应更加剧烈。
（）3. 火焰辅助的超声喷雾热解工艺（FAUSP也是制备细粉的方法，需要人工点火。
（）4. 陶瓷粉体的二次粒子尺寸总是大于一次粒子尺寸。
（）5. 溶胶-凝胶法制备气凝胶，必须在真空条件下进行。
（）6. 透明有机玻璃可以用甲基丙烯酸甲酯为原料通过沉淀聚合反应制备。
（）7. 利用乙酰丙酮配位高价金属的醇盐，可以提高醇盐的水解能力。
（）8?微波CVD就是利用微波加热衬底的化学气相沉积（）9. 静电喷雾沉积（ESD技术可以被用来生长致密的外延薄膜（）10. 人们可以通过原子操纵技术来大量制备超晶格材料（）11. 高分子聚合反应是一个熵增过程（）12.Schetman获得诺贝尔主要原因是他发现了宏观材料可以有10次对称轴（）13. 溶胶-凝胶法制备气凝胶，必须在真空条件下（）14. 透明有机玻璃可以用甲基丙烯酸甲酯为原料通过沉淀聚合反应制备（）15. 利用乙酰丙酮配位高价金属醇盐，可以提高醇盐的水解能力（）16. MOF就是金属氟氧化物的简称（）17. 乳液聚合的乳化剂通常是表面活性剂（）18. 使用模板试剂（硬模板，软模板，牺牲模板）是制备无机空心球的必要条件（）19科学理论是无可争辩的（）20. 制备多元金属氧化物粉体的柠檬酸盐燃烧法需要人工点火引发反应（）21. 人们可以通过原子操纵技术来精细控制反应（）22. 高分子聚合反应是吸热反应（）23. 对于面心立方（fee）晶体，因为晶体形状以立方体能量最低，所以最易生长出立方形状的单晶体（）24. 透明有机玻璃可以用甲基丙烯酸甲酯为原料通过均相聚合反应制备（）25. 利用螯合剂配位高价金属的醇盐，可以提高醇盐的反应活性（）26. 固相反应常用来制备陶瓷块材，但是不能用来制备陶瓷粉体（）27. 高分子聚合反应总是放热的（）28. 微弧氧化技术主要被用来制备金属氧化物纳米粉体（）29. 制备薄膜材料的溅射技术属于物理制备工艺（）30. 悬浮聚合法的悬浮剂通常都是表面活性剂（）31. 伟大的科学理论都是复杂而奥妙无穷的（）32. 制备多元金属氧化物粉体的甘氨酸法本质上是一种放热氧化还原反应，其中甘氨酸是氧化剂，硝酸盐是还原剂（）10.33. 超声喷雾沉积法制备薄膜工艺中，产生的雾滴是带有电荷的（34. 人们可以通过原子操纵技术来精确发动基元反应（）35. 高分子聚合反应总是熵增加的化学反应（）36. 金属玻璃是透明的金属材料（）37. 电沉积法制备泡沫镍工艺流程中采用了无电镀步骤来生长外延镍薄膜（）38. 利用乙酰丙酮配位高价金属的醇盐，可以降低醇盐的水解能力（）39. 制备薄膜材料的真空蒸发技术属于物理制备工艺（ 40. 采用急冷工艺是制备金属玻璃的关键（41丄-B 膜技术可以用来制备金属氧化物纳米棒阵列（ 42.控制纳米金属粒子的取向生长时，包覆剂不能是简单的阴离子（如43. 生长螺旋碳纳米管时，使用含铁催化剂是必要条件（44. 量子点粒径越大，其发射的荧光波长越短。
静电喷雾沉积半径的预测模型
静电喷雾沉积半径的预测模型
于涵;王宏;朱恂;丁玉栋;陈蓉;廖强
【期刊名称】《化工进展》
【年(卷),期】2022(41)6
【摘要】静电喷雾法制备薄膜是近年来新兴的纳米材料制备工艺之一,因其具有工艺简单、材料利用率高和表面适应性强等优点而受到广泛关注。
喷涂面积作为评价喷涂质量和生产效率的重要指标,由于易受外加电压、溶液性质、喷涂距离等参数的影响,在相关的生产过程中难以精确控制。
为了解决这一问题,本文提出了一种预测静电喷雾沉积半径的数学模型。
通过高斯定律将静电喷雾羽流等效为空间电荷场,随后对羽流外侧液滴进行受力分析,得出喷雾羽流在不同位置处的膨胀半径,即为静电喷雾的沉积半径。
对比发现,模型与相关结果吻合良好。
相比传统的拉格朗日方法和实验方法,该模型可快速预测各种工况下的喷涂面积,为工业生产操作和雾化器设计提供指导。
【总页数】7页(P2864-2870)
【作者】于涵;王宏;朱恂;丁玉栋;陈蓉;廖强
【作者单位】重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室;重庆大学工程热物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB43
【相关文献】
1.航空静电喷雾与非静电喷雾沉积效果的比较
2.静电喷雾关键参数对烟叶雾滴沉积分布的影响
3.背负式静电喷雾机喷雾沉积性能试验研究
4.航空静电喷雾系统构建与雾滴沉积效果影响因素探究
5.静电喷雾对农药飘移及沉积分布的影响
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静电纺丝技术在锂离子电池中的应用进展
静电纺丝技术在锂离子电池中的应用进展
研究的热点，包括静电纺丝理论中经典的Taylor锥与喷射理论、纳米纤维的弯曲非稳定性理论，同时归纳了针对纺丝流体大部分为非牛顿流体的性质，静电纺丝中高聚物流体非稳定性理论的研究过程和进展。
静电纺丝的工艺参数主要包括纺丝液的浓度、纺丝电压、接收距离和纺丝液供应速率。
对于静电纺丝工艺参数的研究主要涉及工艺参数对产品的纤维直径、孔隙率、强度等性能指标的影响。
通过可以总结出纤维直大量的不同聚合物的实验结果。
与纤径的变化大体上与纺丝电压呈反向变化趋势，维液浓度呈正向变化趋势。
在纤维直径影响因素的研究中，宋叶萍等人通过响应面法的Box-Behnken设计（BBD）建立了纤维直径预测模型，简化了实验过程，并通过模型优化了纺丝工艺。
目前实验室用的静电纺设备主要有单纺型和同轴型两类，其中前者数量居多，因为它只有一个喷丝头，设备组装容易。
而同轴型设备主要制备皮芯型结构的纳米纤维，需要不同孔径的喷丝装置同同时对液体供应装置也有特殊要求，所以轴组合。
高性能锂离子电池电极材料的静电喷雾沉积和静电纺丝技术制备的开题报告
高性能锂离子电池电极材料的静电喷雾沉积和静电纺丝技术制备的开题报告1.研究背景及意义锂离子电池作为一种高性能的储能设备，被广泛应用于移动通讯、电动汽车、航空航天等领域，但其功率密度和能量密度的提高仍是研究的热点。
电极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一，其中针对电极材料的沉积和制备技术的研究能够极大地提高电池的性能。
静电喷雾沉积是一种通过电场作用将材料离子喷雾吸附在基底上构成薄膜的技术。
由于该技术具有制备快速、高效、均匀性好等优点，并且能够得到具有优异电化学性能的电极材料，因此广泛应用于锂离子电池电极材料的制备。
静电纺丝技术是另一种制备电极材料的方法，该技术通过将高分子溶液在高电场作用下喷出，形成纳米级尺寸的纤维形态，为制备多孔结构、高比表面积的电极材料提供了一种新途径。
本研究旨在通过静电喷雾沉积和静电纺丝技术制备高性能锂离子电池电极材料，以期提高锂离子电池的功率密度和能量密度。
2.研究内容和方法本研究将以具有优异电化学性能的材料为基础，在电极材料制备中加入多个氧化物如二氧化硅等，并探讨不同材料的添加量对静电喷雾沉积和静电纺丝技术制备电极材料性能的影响。
静电喷雾沉积部分，主要研究包括制备不同浓度的喷雾液、基底形态对电极材料性能的影响、应用不同电场强度和不同材料的制备等。
静电纺丝部分，主要研究内容包括制备流变性好、适合实现电纺纤维的电解质溶液、调节高电场强度、探究静电纺丝时的喷嘴类型等。
3.预期成果本研究将通过制备不同形态、不同组分的电极材料，探讨不同制备条件下电极材料的物理化学性质、电化学性能等，并优化制备条件，以获得性能优异、制备简单、操作便捷的电极材料。
4.研究意义本研究的成果将有助于在锂离子电池领域推动高性能电极材料的研究与应用。
同时，本研究所涉及的静电喷雾沉积和静电纺丝技术也将为其他场合提供借鉴，以挖掘这些新型制备电极材料技术的更多应用领域。
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2.4 advantages/disadvantages 雾型难以控制到很均一，从而使得沉积 得到的膜“局部均一，整体不一” 考虑到大规模的工业上应用的时候，实 现均一的喷雾和沉积难度很大
缺点
1针头形状影响 2电压大小影响
一种可能的雾型的横切面
2.2 The cone-jet model
成型尖端部位——五个力作用 新月型液滴——表面张力影响 液滴大小的经验公式
Chunhua Chen, Erik M. Kelder, J. Mater. Chem., 1996,6, 765-771
Jaworek, A. and A. T. Sobczyk (2008). "Electrospraying route to nanotechnology: An overview." Journal of Electrostatics 66(3-4): 197-219.
1.1 ES method: application
Micro- and nano-thin-film deposition
The ESD method
Micro- and nano-particle production Electroencapsulation/电化学包裹 Electrospray forming and direct writing/电化学直接 成型 Biotechnology
3 applications in LIB cathodes
制备材料 前驱体配置 溶剂 基底温度
A围绕Mn、Ni、Co的电极材料 B前驱体是Li、相应元素的醋酸盐或者硝酸盐 C溶剂是乙醇或者乙醇+高沸点有机溶剂 D基底温度200以上，一般不会超过500
3 some SEM pictures
LiMn2O4
Thanks for attention.
Ppt parts 1.1、2.1、2.2、2.3、2.4by黄晓 3.1by谷穗 3.2by宛刚 3.3by朱雅琴 Whole work Done by four of us
ESD process
Yan Yu, Advanced materials, 19 (7) ,993-997
3.2 Mutideck-cage structure
SnO2 Li2O-SnO2
乙二醇形成寡聚物 先提供骨架，在后 续的热处理中骨架 消失，形成这样的 孔状结构
SnO2-CuO
Li2O-SnO2-CuO
J.L. Shui, Y. Yu, C.H. Chen, Appl. Surf. Sci. 253 (2006) 2379–2385.
LiCoO2
C.H. Chen, E.M. Kelder, P.J.J.M. vander Put, J. Schoonman, J. Mater. Chem. 6(5) (1996) 765–771.
2.3 Parameters——morphology
A基底温度高颗粒干的速度快聚集少，固化快偏向于4 B喷雾时间长后期的沉积在先沉积的膜上不容易聚集偏 向于3 C前驱体浓度高低浓度-低电导-导致液滴尺寸大，高浓度干燥后颗粒尺寸大折中了 D施加电场高跑得快，蒸发少固化慢，聚集机会大偏向 于2 E基底缺陷多颗粒容易聚集的点多偏向于2 F溶剂沸点高黏度高不容易聚集并固化速度慢偏向于1
3.3 Three-Dimensional Porous Core-Shell Sn@Carbon
Precursor
醋酸锡+butyl carbitol+乙醇+聚乙烯醇
EDS
Film
SnO2+聚乙烯醇
Heating
flow rate:0.5 mL/h. distance:40 mm. voltage:4.0–7.0 kV temperature ：270℃ time: 3h substrate: porous nickel foam
充放电后，结构未发生明显破坏
Adv. Energy Mater. 2012, 2, 238–244
3.3 SEM/TEM of 315th cycled sample
315次循环后 负极材料的结 构图 基本上无变化
Conclusion
1ESD作为一种喷雾沉积方法，可以制备出形貌很不 错的粒子分布均一的的电极材料。 2从介绍的工作中可以看出，合适的后处理也是制备 出的电极材料性能良好的关键。 3合适的前驱体配料的尝试，才可以得到性能比较好 的材料
2.3 Parameters——morphology
“颗粒固化之前的集合程度和 固化速度” 集合程度小，固化速度慢 1平整一板砖 集合程度大2癞蛤蟆表皮
集合程度一般，固化速度 一般3海面珊瑚礁 集合程度小，固化速度快 4活珊瑚枝干
Chunhua Chen, Erik M. Kelder, J. Mater. Chem., 1996,6, 765-771
1.1 ES method: diagram
制备包裹物
J.P. Borra, D. Camelot, J.C.M. Marijnissen, B. Scarlett, Anew production process of powders with defined properties by electrohydrodynamic atomization of liquids and post-production electrical mixing, J. Electrost. 40 and 41 (1997) 633–638.
ESD method and its applications in Li-ion electrode material
中国科学技术大学 中科院上海硅酸盐研究所代培生 黄晓 谷穗 宛刚 朱雅琴 2013年12月
提纲
背景 • 1.1Electrospraying route——Electrostatic spray deposition 原理 • 2.1装置图——大致的工作过程 • 2.2描述体系的理论-经验公式 • 2.3参数——温度、电场强度、基底、前驱体溶液 • 2.4一些优点和缺点 应用 • 3.1ESD方法名称的提出者——陈春华教授在96年的工作 • 3.2陈春华老师的学生余彦教授关于二氧化锡的工作 • 3.3Advanced Energy Materials杂志一篇封面文章工作
Film
Sn+C Adv. Energy Mater. 2012, 2, 238–244
3.3 SEMs of different temperatures
270℃：在泡沫镍骨架上形成PVP包覆SnO2的结构 550℃： SnO2还原成Sn。聚乙烯醇分解为碳，使孔径变大（3∼6um），数量增多 900℃：碳结构的调整，孔结构无明显变化。 Adv. Energy Mater. 2012, 2, 238–244
2.2 the process of droplet
Step1 形成 Step2 飞行
电场力、摩擦力液滴破碎现象
Step3 着陆
寻找曲率半径小的地方
Step4 电荷转移
与基底材料相关
Step5 复合、反应、沉积
在高温基底上蒸发掉溶剂、与基 底复合固化
Chunhua Chen, Erik M. Kelder, J. Mater. Chem., 1996,6, 765-771
Temperature a b c 340℃ 450℃ 240℃
precursor Pure ethonal Pure ethonal 85%butyl carbitol 15%ethonal
二乙二醇丁醚
3.1 1996-ESD by prof.Chen
Annealed T: 400-800℃
C.H. Chen et al. ISolid State Ionics 86-88 (1996) 1301-1306
3.2 Cell performaserve as a buffer zone for the b)Cu nanoparticles from the CuO volume change and an oxidizing agent will improve the conductivity
2.1 Apparatus of ESD
Authorized by Xiao.hang Ma
2.1 Apparatus of ESD
Authorized by Xiao.hang Ma
Step0 控温到恒定 Step1 推进器工作出液 Step2 加高压，调整高 压，控制雾形状和对准 沉积底片的位置 Step3 喷雾沉积计时到 了收样品
3.2 SnO2 amorphous anode
782mAh/g高容量 商用C负极372mAh/g SnO2作为负极 形变达到300% 充放电过程中合金粉化脱落集流体
A 3D porous SnO2 prepared by ESD can improve it ！
溶剂：乙醇 乙二醇 甘油 溶质：Sn(NO3)2 LiNO3 Cu(NO3)2 300℃ 3h 沉积在 Cu箔上
1平板一块砖 2癞蛤蟆表皮 3海面珊瑚礁 4活珊瑚枝干
2.4 advantages/disadvantages
优点
A 相比于传统喷雾方式，ESD可以得到小至1微 米的带电液滴
B 带电液滴的大小均一，从而可以得到均一的 表面形貌 C 带电液滴相互排斥，在基底上聚集少
D 可以通过控制电场强度来控制液滴的运动
3.1 1996-ESD by prof.Chen
Experiament aspects
Substrate: stainless steel disks(1.4cm in diameter) DV voltage :10kV Distance：2-6cm（nozzle-substrate): Deposition time: 2h