2020 접근으로, 배터리 제조 업체의 대부분은 지표 도전 300Wh가 / kg으로가, 지금은 우리의 기술 로드맵은 기본적으로 유사하다 - 실리콘 높은 니켈 원 재료 + 고용량 탄소 재료 원계 재료의 Ni 함유량을 올리는 재료의 용량이 대응하여 이러한 특정 용량은 200mAh / g이었다 대해 도달 현재 NMC811 재료로 증가되지 않지만 니켈 함량을 높임으로써 공간 삼원 재료를 개선 할 수있는 능력은 더 이상 큰 먼저 니켈의 함량이 증가함에 따라, 재료 자체는 크게 생산의 어려움을 증가시킬 것입니다뿐만 아니라, 높은 니켈 함량은 또한 생산 및 균질화 및 재료에 어려움을 초래할 수 있으며, 마지막으로, 높은 니켈 함량이 자료를 보장하기 어렵다 충 방전 과정의 구조적 안정성. 따라서, 양극 재료 현재 큰 돌파구 케이스가 곤란하고, 이는 발달을 집중할 수 전지의 규소 비에 고용량이 높은 탄소 재료의 개발로 전환한다.
실리콘 재료의 이론 용량 4200mAh / g (Li4.4Si)에 도달, 흑연 재료보다 10 배 이상이며, 이는 리튬 이온 전지에 대한 바람직한 음극 재료라고 할 수 있지만, 실리콘 재료는 체적 팽창을 큰 과제를 (완전한 티오 직면 때만 충전 재료 입자를 방출하는 동안 파손시 발생할뿐만 아니라, 실리콘 체적 팽창을 해결하기 위해, 사이클 특성시 음극의 급격한 하락을 초래할 것이다 파괴 및 재생 음극 SEI 막으로 이어질 수 300 %)까지 큰 문제점은 나노 미터는 가장 일반적으로 사용되는 수단이다. 전지의 사이클 특성, 그러나 나노 입자의 표면적을 향상시키기 위하여 나노 기술 도구에 의해 효과적으로 부반응이 증가 될 것이며, 상기 물질의 절대량시 팽창을 감소시킬 수 심각한 배터리의 사이클 수명에 영향을 미치므로 둘 사이의 관계를 계량하는 방법이 특히 중요합니다.
최근에는 비정질 TiO를 사용하는 Don Jiaping Yang, Donghua University 2Nano-Si 입자를 코팅 한 경우 (코팅 두께가 약 3nm) 비정질 TiO2는 충 방전시 부피 팽창 과정에서 Si 입자의 탄성 특성이 우수하여 매우 우수한 버퍼를 제공하여 Si 입자 나노 실리콘 소재의 무결성은 사이클 성능을 크게 향상시킵니다.
위의 그림에서 보인 것처럼, Jianping Yang은 sol-gel 방법으로 비정질 TiO를 합성합니다 2코팅 된 Si 나노 입자 - Si @ a-TiO 2, 비정질 TiO 2쉘의 우수한 탄성은 충 방전시 Si 입자의 체적 팽창을 흡수합니다. 비정질 TiO 2주택의 도움으로이 소재는 최초의 효율은 86.1 %에 달했을뿐만 아니라 420mA / g의 전류 밀도, 1720mAh / g의 용량으로 200 회 사이클링, g의 높은 전류 밀도, 최대 812mAh / g의 용량으로 흑연 소재보다 훨씬 높습니다.
위의 그래프는 Sia-TiO2의 전기 화학적 성능을 보여줍니다. 그림 A에서 1.25V 근처의 전류 피크 (SEI 막 형성에 해당)에 더하여, 스캔 동안 0.185V 부근에 인터 칼 레이션 리튬 전류의 피크가 나타나고 0.54V에서 전류 피크가 나타났다. 스캔 시간이 증가함에 따라 전류 피크의 강도도 점진적으로 증가했다. 리튬 삽입 프로세스가 진행됨에 따라, , Si3-a-Ti0 2물질의 리튬 삽입 반응 속도가 더 좋고 좋아집니다.
위의 c의 사이클 성능 테스트 결과에서 알 수 있듯이 비정질 TiO가 사용 되더라도 2Si 나노 입자는 코팅 된 (SiO2-TiO2 2), 또는 아나타제 TiO 2나노 -Si 입자를 코팅 (Si3-c-TiO 2), nano-Si 소재의 사이클링 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 처리되지 않은 nano-Si 재료와 비교하여 Si @ a-TiO 2재료의 사이클 성능은 크게 개선되어 420mA / g의 전류 밀도에서 순환하며, Si @ a-TiO 2재료 용량은 여전히 1720mAh / g에 도달 할 수 있습니다 (그러나 용량 유지율은 약 56 %에 불과하므로 사이클 성능은 계속 개선되어야합니다).
우수한 사이클링 특성에 더하여, Si @ a-TiO 2또한, (d 위와 같이) 8.4A / g로 0.14A / g에서 최대 전류 밀도가 우수한 레이트 특성을 나타내는 재료의 용량은보다 여전히 훨씬 더 812mAh / g로 3420mAh / g에서 감소 그래파이트 재료뿐만 아니라 아나타제 TiO보다 상당히 높습니다. 2코팅 된 나노 -Si 소재.
비정질 TiO 2나노 - Si 재료 원리의 사이클 성능을 향상시키는 재료 위에 나타낸 바와 같이, 비정질 TiO 코팅 된 나노 -Si 입자의 표면 2실리콘 입자는 그에 코어 보장 충 방전에 상당한 부피 팽창을 견딜 수 - 이에 활물질과 전해액의 분해의 손실을 줄이고, 쉘 구조의 안정성, TEM 연구 완전히 상기 추정을 확인 하였다. 리튬의 상태에서는 실리콘 나노 입자는 큰 변형을 겪었다, 여전히 코어의 무결성을 유지 - 쉘 구조 및 티오 2외층은 SEI 필름의 층을 형성하고,주기 200 번, 표면은 현저한 깨진 현상을 일으키지 않았다. 2나노 -Si 입자의 표면에 형성된 높은 안정성 쉘은 나노 -Si 물질의 사이클 안정성을 보장하는 핵심 요소입니다.
이 비정질 TiO를 개발 한 Yang Jianping 2불안정한 인터페이스 문제 발생의 Si 나노 코팅 재료, 실리콘 재료의 큰 체적 팽창에 대한 좋은 해결책, 비결정질 이산화 티탄 좋은 탄성 2클래드 층은 아래의 용량 감소를 완화 나노시의 충 방전 표면 동안 안정성을 보장뿐만 아니라, 부반응의 발생을 억제하지만,이 재료는 여전히 3000mAh까지의 용량이 있지만, 이러한 재료로서 문제들을 직면 할 / g 이상이지만 개선이 사이클 특성 (200 사이클 용량 유지율은 56 %이었다), 코팅 공정 및 Si의 입자 크기를 최적화함으로써 최적화 될 수있는 작은 시리즈, 상기 인터페이스의 안정성을 향상시키기 위해 여전히 사이클 수명을 향상시킵니다.
