Avec 2020 approchant, la majorité des fabricants de batteries ont des indicateurs vers 300Wh / kg de défi, notre feuille de route technologique pour l'instant sont essentiellement similaires - Ni matériau haute ternaire + matériau de carbone à haute capacité avec le silicium soulevant la teneur en Ni du matériau ternaire, sera augmentée en conséquence la capacité du matériau, tel que le matériau de NMC811 actuelle capacité spécifique a atteint environ 200mAh / g, mais la capacité de continuer à améliorer le matériel ternaire spatiale en augmentant la teneur en Ni n'est plus grande, d'abord avec l'augmentation de la teneur en Ni, le matériau lui-même augmentera considérablement la difficulté de la production, en outre, la teneur élevée en Ni peut également entraîner des difficultés dans la production et homogénéisés et des matériaux, et enfin, la haute teneur en Ni est également difficile de garantir matériel dans la stabilité de la structure du processus de charge-décharge. Ainsi, dans les matériaux d'électrode positive est actuellement difficile d'avoir un grand cas de percée, il sera tourné vers le développement de haute capacité élevée matériau de carbone sur le rapport de silicium de la batterie peut concentrer le développement.
matériau Si atteint la capacité théorique 4200mAh / g (Li4.4Si), est dix fois plus que le matériau en graphite, on peut dire être un matériau d'anode souhaitable pour les batteries au lithium-ion, mais le matériau Si est confronté à de grands défis expansion du volume (complet lithiation quand jusqu'à 300%), qui peut non seulement provoquer si cassé pendant le chargement et le déchargement des particules de matière, mais aussi conduire à l'anode de la destruction et de la régénération pellicule SEI, ce qui se traduira par une forte baisse de la performance du cycle de si électrode négative, afin de résoudre l'expansion du volume de si gros problème, nanomètre est le moyen le plus couramment utilisé. par des outils nano-technologie, peut réduire efficacement le volume absolu d'expansion si de la matière, de manière à améliorer les performances du cycle de la batterie, mais la grande surface de nanoparticules, se traduira par une augmentation d'une réaction secondaire, sérieux Affecter la durée de vie de la batterie, donc comment peser la relation entre les deux est particulièrement important.
Récemment, Jianping Yang, Université de Donghua, qui utilise TiO amorphe 2Si les nano-particules du procédé de revêtement (épaisseur de la couche de revêtement d'environ 3 nm), de bonnes caractéristiques élastiques du TiO2 amorphe, fournit un très bon amortissement de la dilatation en volume de particules de Si pendant la charge et la décharge, assurant ainsi les particules de Si L'intégrité du matériau nano-Si améliore significativement les performances du cycle.
Comme le montre la figure ci-dessus, Jianping Yang synthétise TiO amorphe par la méthode sol-gel 2Nanoparticules de Si enrobées - Si @ a-TiO 2, TiO amorphe 2La bonne élasticité de la coque absorbe la dilatation volumique des particules de Si au cours de la charge et de la décharge.En présence de TiO amorphe 2Avec l'aide du boîtier, le premier matériau est que l'efficacité 86,1%, mais présentent également d'excellentes performances de cycle - à une densité de courant de 420mA / g et 200 cycles, la capacité peut atteindre 1720mAh / g, et 8.4A / g haute densité de courant, la capacité de jusqu'à 812mAh / g, beaucoup plus élevé que les matériaux de graphite.
La figure sur la performance électrochimique résulte Si @ a-TiO2 matériau, peut être vu de la figure addition à une première lithium est apparu (SEI pellicule formée correspondant à) un pic de courant au voisinage de la 1,25V extérieur, dans des cycles ultérieurs V un pics de balayage d'intercalation de lithium sont présents dans le voisinage de la 0.185V d'écoulement, délithiation pic de courant à 0.54V, et avec l'augmentation du nombre de balayages, l'intensité de crête du courant est augmentée progressivement, la surface avec la progression de lithium processus d'intercalation , Si @ a-TiO 2Les conditions cinétiques d'insertion du lithium du matériau deviennent de mieux en mieux.
Comme on peut le voir d'après les résultats du test de performance du cycle c ci-dessus, peu importe le TiO amorphe utilisé 2Les nanoparticules de Si ont été revêtues (Si @ a-TiO 2), Ou en utilisant l'anatase TiO 2Les particules de nano-Si ont été revêtues (Si @ c-TiO 2), Sont en mesure d'améliorer considérablement les performances du cycle de matériau Si nano par rapport à la matière sans nano-traité Si, Si un @ TiO 2la performance cycliste a été grandement améliorée, 200 cycles à une densité de courant d'un 420mA / g, Si @ a-TiO 2La capacité du matériau est toujours capable d'atteindre 1720mAh / g (mais le taux de rétention de la capacité n'est que d'environ 56%, la performance du cycle doit continuer à s'améliorer).
En plus de ses excellentes propriétés de cyclage, Si @ a-TiO 2Le matériau présente également d'excellentes performances (comme indiqué en d ci-dessus), augmentant la densité de courant de 0,14 A / g à 8,4 A / g et diminuant la capacité de matériau de 3420 mAh / g à 812 mAh / g, Matériaux de graphite, mais également significativement plus élevé que le TiO anatase 2Le matériau nano-Si revêtu.
TiO amorphe 2Matériaux pour améliorer les performances du cycle du principe du matériau nano-Si Comme indiqué ci-dessus, la surface des particules de nano-Si revêtues de TiO amorphe 2des particules de Si peuvent résister à l'expansion du volume considérable pendant la charge et la décharge, assurant ainsi une âme - stabilité de la structure de la coque, ce qui réduit la perte de matière active et de la décomposition de la solution électrolytique, des études TEM ont vérifié l'estimation ci-dessus, complètement. Dans l'état d'intercalation du lithium, les particules de nano-Si ont subi une forte déformation, mais conservent une structure noyau-enveloppe complète, et dans le TiO 2La couche externe a formé une couche de film SEI, et le cycle 200 fois, la surface ne s'est pas produite phénomène brisé significatif. 2L'enveloppe à haute stabilité formée à la surface des particules de nano-Si est le facteur clé pour assurer la stabilité cyclique du matériau nano-Si.
Jianping Yang, qui a développé ce TiO amorphe 2Revêtement de matériau nano-Si, une bonne solution à l'expansion volumique du matériau Si, conduisant à l'instabilité de l'interface: un bon TiO amorphe flexible 2couche de revêtement, pour assurer la stabilité pendant la surface de charge-décharge des nanoparticules Si, ce qui réduit le déclin des capacités vers le bas, mais aussi de réduire la survenue de la réaction de côté, mais ce matériau est toujours confronté à un certain nombre de problèmes, tels que le matériel, bien que la capacité maximale de 3000mAh / g ou plus, mais il reste à améliorer les performances du cycle (200 cycles, le taux de rétention de la capacité était de 56%), des petites séries qui peut être optimisée par l'optimisation du processus de revêtement et de la taille des particules de Si, pour améliorer encore la stabilité de l'interface , Améliorer la durée du cycle.
