Mit 2020 nähern, hat die Mehrheit der Batteriehersteller zu Indikatoren 300Wh / kg Herausforderung, denn jetzt unser Technologie-Roadmap ist im Grunde ähnlich - hohe Ni ternäres Material + hohe Kapazität Kohlenstoffmaterial mit Silizium das Ni-Gehalts des ternären Materials Anheben, wird die Kapazität des Materials entsprechend erhöht werden, wie das aktuelle NMC811 Material spezifische Kapazität etwa 200mAh / g erreicht hat, aber die Fähigkeit, das räumliche ternäre Material durch Erhöhung des Ni-Gehalts ist nicht mehr weiter zu verbessern aber auch das hohe Ni-Gehalt kann auch zu Schwierigkeiten bei der Herstellung und homogenisiert und Materialien führt; und schließlich das hohe Ni-Gehalt ist auch schwierig, Material zu gewährleisten große, erster Ni-Gehalt mit zunehmenden, das Material selbst wird die Schwierigkeit der Produktion erheblich steigern in der strukturellen Stabilität des Ladungs-Entladungs-Prozesses. So wurde in den positiven Elektrodenmaterialien sind derzeit schwierig, einen großen Durchbruch Fall zu haben, wird es für die Entwicklung von hohen Kapazität mit hohem Kohlenstoffmaterial auf das Silicium-Verhältnis der Batterie konzentriert Entwicklung gedreht werden.
Si-Material der theoretische Kapazität 4200mAh / g (Li4.4Si) erreicht, ist zehnmal mehr als das Graphitmaterial, kann es ein wünschenswertes Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien werden, sagt sein, aber das Si-Material steht vor großen Herausforderungen Volumenexpansion (vollständige Lithiierung bei bis zu 300%), was nicht nur gebrochen Si beim Laden und Entladen Stoffpartikel, sondern auch führt zur Zerstörung und Regeneration Anode SEI-Film verursachen kann, was in einem starken Rückgang der Zyklusleistung Si negative Elektrode, um eine Folge wird die Si Volumenausdehnung zu lösen großes Problem, ist Nanometer die am häufigsten verwendeten Mittel. von nano-Technologie-Tool, kann effektiv die absolute Volumen Si Ausdehnung des Materials verringern, um so die Zyklusleistung der Batterie zu verbessern, aber die große Oberfläche von Nanopartikeln, in einem Anstieg in einer Nebenreaktion führen, ernst Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie, so wie das Verhältnis zum Ausgleich zwischen den beiden besonders wichtig ist.
Kürzlich, Jianping Yang, Donghua University, die amorphe TiO verwenden 2Si-Nanoteilchen des Beschichtungsprozesses (Beschichtungsschichtdicke von etwa 3 nm), guten elastischen Eigenschaften des amorphen TiO2, bietet eine sehr gute Dämpfung auf die Si Partikelvolumenausdehnung während der Ladung und Entladung, wobei den Si-Partikel sichergestellt Die Integrität des Nano-Si-Materials verbessert die Zyklusleistung erheblich.
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, synthetisiert Jianping Yang amorphes TiO durch Sol-Gel-Verfahren 2Beschichtete Si-Nanopartikel - Si @ a-TiO 2Amorphes TiO 2Die gute Elastizität der Schale absorbiert die Volumenausdehnung der Si-Partikel während des Ladens und Entladens in Gegenwart von amorphem TiO 2Mit Hilfe des Gehäuses, das erste Material nur 86,1% Wirkungsgrad, sondern auch eine ausgezeichnete Zyklusleistung aufweist - bei einer Stromdichte von 420 mA / g und 200 Zyklen, kann die Kapazität 1720mAh / g erreichen, und 8.4A / g hohe Stromdichte, die Kapazität von bis zu 812mAh / g, viel höher als Graphitmaterialien.
Das obige Diagramm zeigt die elektrochemische Leistung von Si @ a-TiO 2, aus Abb. A ist ersichtlich, dass zusätzlich zu einem Strompeak in der Nähe von 1,25 V (entsprechend der SEI-Filmbildung) ein Scan-Lithium-Einlagerungs Peaks ist in der Nähe des Strömungs 0.185V, Delithiierung Stromspitze bei 0.54V, und mit der Zunahme der Anzahl der Scans, die Spitzenintensität des Stroms allmählich gesteigert, verarbeitet, die Oberfläche mit dem Fortschritt der Lithium-Einlagerungs , Si @ a-TiO 2Die kinetischen Lithiumeinfügungsbedingungen des Materials werden besser und besser.
Wie aus den Ergebnissen des Zyklusleistungstests von c oben ersichtlich ist, wird kein amorphes TiO verwendet 2Die Si-Nanopartikel wurden beschichtet (Si @ a-TiO 2) Oder mit Anatas TiO 2Die Nano-Si-Partikel wurden beschichtet (Si @ c-TiO 2), Kann die Zyklusleistung von Nano-Si-Material deutlich verbessern. Im Vergleich zu dem unbehandelten Nano-Si-Material, Si @ a-TiO 2Die Zyklusleistung des Materials wurde stark verbessert und zirkulierte bei einer Stromdichte von 420 mA / g 200 Mal, Si @ a-TiO 2Die Materialkapazität ist immer noch in der Lage, 1720mAh / g zu erreichen (aber die Kapazitätserhaltungsrate beträgt nur ungefähr 56%, die Zyklusleistung muss sich weiter verbessern).
Zusätzlich zu seinen ausgezeichneten Zykluseigenschaften ist Si @ a-TiO 2Auch ausgezeichnete Eigenschaften aufweist Rate (d, wie oben gezeigt), eine Stromdichte von 0.14A / g bis 8.4A / g, die Kapazität des Materials nimmt von 3420mAh / g bis 812mAh / g, noch viel höher als die Graphitwerkstoffe, aber auch deutlich höher als Anatas-TiO 2Das beschichtete Nano-Si-Material.
Amorphes TiO 2Materialien zur Verbesserung der Zyklusleistung des Nano-Si-Material-Prinzips Wie oben gezeigt, beschichtete die Oberfläche von Nano-Si-Partikeln amorphes TiO 2Si-Partikel kann während der Ladung und Entladung enorme Volumenausdehnung zu widerstehen, wodurch sichergestellt Kern - Hülle-Struktur Stabilität, wodurch den Verlust an aktivem Material und die Zersetzung der Elektrolytlösung zu reduzieren, werden TEM-Untersuchungen die obige Abschätzung verifiziert, vollständig. in einem Zustand von Lithium, haben Si-Nanoteilchen große Verformung unterzogen, aber noch die Integrität der Kern beibehalten wird - Schale-Struktur, und TiO 2Die äußere Schicht bildete eine Schicht aus SEI-Film, und der Zyklus 200-mal, die Oberfläche trat nicht signifikant gebrochen Phänomen. 2Die auf der Oberfläche von Nano-Si-Partikeln gebildete hochstabile Schale ist der Schlüsselfaktor, um die Zyklenstabilität von Nano-Si-Material zu gewährleisten.
Jianping Yang, der dieses amorphe TiO entwickelt hat 2Beschichtung Nano-Si-Material, eine gute Lösung für die große Volumenausdehnung von Si-Material, die zu Instabilität der Schnittstelle führt: eine gute flexible amorphe TiO 2Verkleidungsschicht, um die Stabilität während der Ladungs-Entladungs-Oberfläche der Nanopartikel Si, die Verringerung des Kapazitätsrückgangs nach unten, um sicherzustellen, sondern auch um das Auftreten von Nebenreaktionen verringern, aber dieses Material nach wie vor eine Reihe von Problemen, wie das Material, auch wenn die Kapazität von bis zu 3000mAh / g oder mehr, aber es bleibt eine verbesserte Zyklusleistung werden (200 Zyklen betrug die Kapazitätsretentionsrate 56%), Kleinserien, die durch die Optimierung des Beschichtungsprozesses und die Partikelgröße von Si können optimiert werden, um die Stabilität der Grenzfläche zu verbessern , Zyklusleben verbessern.
