2020年が近づいで、電池メーカーの大半は、チャレンジの指標300Wh / kgの方に、私たちの技術ロードマップは現在、基本的には似ていている - シリコンのNi三元材料+高容量の炭素材料の高三元物質のNi含有量を持ち上げ、材料の容量が対応し、現在NMC811材料として、増加する比容量は200mAh / gの周りに達していないが、Niの含有量を上げることによって、空間の三元材料を改善し続ける能力は、もはやです大きな、最初のNi含有量の増加に伴って、材料自体が大幅に生産の難しさを増加します。加えて、高Ni含有量は、生産と均質化し、材料の難しさにつながることができ;そして最後に、高Ni含有量は、材料を保証することも困難です充放電過程の構造安定性であるため、正極材料に現在大きな画期的なケースを有することが困難であり、開発の焦点を合わせることができ、電池のシリコン比に高容量、高炭素材料の開発になったであろう。
Si材料は、黒鉛材料よりも10倍以上であり、リチウムイオン電池に望ましいアノード材料であると言うことができるが、Si材料が大きな課題体積膨張（完全リチウム化に直面している、（Li4.4Si）理論容量4200mAh / gに達しましたときに300％まで）、材料粒子を充放電時に壊れたSiを引き起こすだけでなく、Siの体積膨張を解決するためにサイクル特性のSi負極の急激な減少、をもたらす破壊及び再生アノードSEI膜をもたらすことができるだけでなく、その大きな問題は、ナノメートルは、最も一般的に使用される手段である。ナノテクノロジーツールにより、電池のサイクル性能が、ナノ粒子の大きな表面積を向上させるために効果的に、材料の絶対量Siの拡張を減らすことができ、副反応の増加をもたらすだろう、深刻電池のサイクル寿命に影響を与えるので、両者の関係をどのように評価するかが特に重要です。
最近、アモルファスTiOを使用するDon Jiaping Yang、Donghua University 2コーティングプロセス（約3nmでのコーティング層の厚さ）のシリコンナノ粒子、アモルファスのTiO 2の良好な弾性特性、それによってSi粒子を確保し、充放電時のSi粒子の体積膨張に非常に良好なクッション性を提供ナノSi材料の完全性は、サイクル性能を著しく改善する。
上の図に示すように、Yang Jianping Yangは非晶質TiOをゾル - ゲル法で合成する 2被覆されたSiナノ粒子-Si a -TiO 2、アモルファスTiO 2シェルの良好な弾性は、充放電中のSi粒子の体積膨張を吸収し、アモルファスTiO 2ハウジングの助けを借りて、第1の材料は唯一の86.1パーセントの効率であるだけでなく、優れたサイクル性能を発揮 - 420ミリアンペア/ gであり、200サイクルの電流密度で、容量は1720mAh / gに到達することができ8.4A / gの高電流密度、最大812mAh / gの容量、グラファイト材料よりもはるかに高い。
電気化学的性能上の図は、酸化チタン材料@ Siの結果、第1リチウム〜図付加から分かるようにVその後のサイクルで（に対応して形成されたSEI膜）外1.25V近傍の電流ピークを、登場しましたリチウムインターカレーションプロセスの進行に伴ってスキャンリチウムインターカレーションピークは0.54Vで脱リチウム化電流ピークを、フロー0.185Vの近傍に存在し、スキャン数の増加に伴って、現在のピーク強度を徐々に増加させ、表面、Sia-TiO 2材料のリチウム挿入反応速度がより良くかつ良好になる。
上記cのサイクル性能試験結果から分かるように、非晶質TiOを使用しても 2Siナノ粒子をコーティングし（Sia-TiO 2）、またはアナターゼTiO 2ナノSi粒子をコーティングした（Si c -TiO 2）、ナノSi材料のサイクリング性能を大幅に改善することができる。未処理のナノSi材料と比較して、Si a TiO 2この材料のサイクル性能は大幅に改善され、電流密度420mA / gで200回循環し、Si a -TiO 2材料は、（ただし、容量維持率は56％だった、サイクルのパフォーマンスを向上させるために継続する必要がある）まだ容量1720mAh / gに達成することができます。
優れたサイクリング特性に加えて、Si-a-TiO 2また、（D上記のように）8.4A / gで0.14A / gの最大電流密度を優れたレート特性を示す、材料の容量がより依然としてはるかに高い812mAh / gで3420mAh / gであり、より減少しますグラファイト材料だけでなく、アナターゼTiOよりも著しく高い 2コーティングされたナノ-Si材料。
アモルファスTiO 2ナノSi材料のサイクル特性を向上させる材料上記のように、非晶質TiOをコーティングしたナノSi粒子の表面 2Si粒子がそれによってコア確保、充放電時の膨大な体積膨張に耐えることができる - それによって、活物質と電解液の分解の損失を低減する、シェル構造の安定性を、TEM研究は完全に、上記推定を確認しました。リチウムの状態では、シリコンナノ粒子は大きな変形を受けているが、それでもコアの完全性維持 - シェル構造を、及びTiO 2外層はSEIフィルムの層を形成し、サイクル200回、表面が顕著な壊れた現象を起こさなかった。 2ナノ-Si粒子の表面上に形成される高安定シェルは、ナノ-Si材料のサイクル安定性を保証するための重要な要素である。
このアモルファスTiOを開発したYang Jianping 2界面の不安定性をもたらすSi材料の大容量膨張に対する良好な解決策であるナノシート材料のコーティング：良好な可撓性アモルファスTiO 2被覆ナノ粒子のSiの充放電面時の安定性を確保するための層、ダウン容量の低下を低減するだけでなく、副反応の発生を減少させるが、この材料は依然として3000mAhの最大の容量が、そのような材料としては、多くの問題に直面しています/ g以上、それは、さらに、界面の安定性を高めるために、改善されたサイクル性能（200サイクル容量維持率は56％であった）、コーティングプロセスの最適化とSiの粒子サイズによって最適化することができる小さな一連のままサイクル寿命を改善します。
