Com a aproximação de 2020, a maioria dos fabricantes de baterias de energia tem que desafiar o índice de 300Wh / kg, do ponto de vista atual, somos basicamente a mesma linha técnica - material ternário de alta Ni + material de carbono de silício de alta capacidade. Com a melhoria do conteúdo de Ni do material ternário, a capacidade do material também será aumentada em conformidade. Por exemplo, a capacidade específica atual do material NMC811 atingiu cerca de 200 mAh / g, mas o espaço para aumentar a capacidade do material ternário aumentando o teor de Ni não é mais Grande, primeiro com o conteúdo de Ni aumentado, o material em si aumentará grandemente a dificuldade de produção. Além disso, o conteúdo de Ni muito alto conduzirá a dificuldades de homogeneização e produção de materiais; Finalmente, o conteúdo de Ni muito alto é difícil de garantir o material No processo de carga e descarga da estabilidade estrutural. Portanto, o material do cátodo é atualmente difícil de ter um grande avanço, as pessoas se concentrarão no desenvolvimento de alta bateria de energia específica para pesquisa e desenvolvimento de materiais de carbono de silício de alta capacidade.
A capacidade teórica material de Si de 4200mAh / g (Li4.4Si), o material de grafite é mais de dez vezes, pode ser dito ser um material de ânodo de bateria de íon de lítio ideal, mas o material de Si está enfrentando desafios de expansão de volume grande (total de lítio Até 300%), o que não só leva à ruptura das partículas de material de Si durante o carregamento e a descarga, mas também conduz à destruição e regeneração do filme SEI do eletrodo negativo, o que faz com que o desempenho do ciclo do eletrodo negativo Si caia bruscamente. Para resolver a expansão do volume do material Si, Grandes problemas, os meios mais comuns de nanotecnologia. Com nano-meios, pode efetivamente reduzir a expansão do volume absoluto do material Si, aumentando o desempenho do ciclo da bateria, mas a enorme área superficial das nanopartículas, causará efeitos colaterais maiores, graves Afetar a vida útil do ciclo da bateria, então, como pesar a relação entre os dois é particularmente importante.
Recentemente, Jianping Yang, Universidade de Donghua, que utilizam TiO amorfo 2As partículas de Nano-Si foram revestidas (a espessura do revestimento é de cerca de 3nm), boas propriedades elásticas de TiO2 amorfo das partículas de Si no processo de expansão do volume durante o carregamento e a descarga para fornecer um tampão muito bom, garantindo assim as partículas de Si A integridade do material nano-Si melhora significativamente a performance do ciclo.
Como mostrado na figura acima, Jianping Yang sintetiza TiO amorfo pelo método sol-gel 2Nanopartículas de Si revestidas - Si @ a-TiO 2TiO amorfo 2A boa elasticidade do invólucro absorve a expansão do volume das partículas de Si durante o carregamento e a descarga. Na presença de TiO amorfo 2Com a ajuda da carcaça, o material não só alcançou uma primeira eficiência de 86,1%, mas também exibiu um excelente desempenho do ciclo - com uma densidade de corrente de 420mA / g, rodando 200 vezes com uma capacidade de 1720mAh / g, g alta densidade de corrente, a capacidade de até 812mAh / g, muito maior do que os materiais de grafite.
O gráfico acima mostra o desempenho eletroquímico de Si @ a-TiO2. A partir da Fig. A, pode-se ver que, além de um pico atual próximo de 1,25 V (correspondente à formação de filme SEI) uma varredura picos de intercalação de lítio estão presentes na vizinhança da 0.185V fluxo, delithiation pico de corrente no 0.54V, e com o aumento do número de varrimentos, a intensidade de pico da corrente é aumentada gradualmente, a superfície com o progresso do processo de intercalação de lítio , Si @ a-TiO 2As condições cinéticas de inserção de lítio do material tornam-se melhores e melhores.
Como pode ser visto a partir dos resultados do teste de desempenho do ciclo de c acima, não importa o TiO amorfo é usado 2As nanopartículas de Si foram revestidas (Si @ a-TiO 2), Ou usando anatase TiO 2As partículas de nano-Si foram revestidas (Si @ c-TiO 2), Pode melhorar significativamente o desempenho de ciclagem do material nano-Si. Comparado com o material nano-Si não tratado, Si @ a-TiO 2A performance do ciclo do material foi grandemente melhorada, circulando a uma densidade de corrente de 420mA / g 200 vezes, Si @ a-TiO 2A capacidade do material ainda é capaz de atingir 1720mAh / g (mas a taxa de retenção de capacidade é apenas cerca de 56%, o desempenho do ciclo deve continuar a melhorar).
Além de suas excelentes propriedades de ciclismo, Si @ a-TiO 2O material também exibe excelente desempenho de taxa (como mostrado em d acima), aumentando a densidade de corrente de 0,14 A / g para 8,4 A / g e diminuindo a capacidade do material de 3420 mAh / g para 812 mAh / g, Materiais de grafite, mas também significativamente maiores do que o TiO de anatase. 2O material revestido de nano-Si.
TiO amorfo 2Materiais para melhorar o desempenho do ciclo do princípio do material nano-Si Como mostrado acima, a superfície das partículas de nano-Si revestiu o TiO amorfo 2Pode suportar a enorme expansão do volume de partículas de Si no processo de carga e descarga para garantir a estabilidade da estrutura do núcleo-escudo, reduzindo assim a decomposição do eletrólito e a perda de substâncias activas. O estudo TEM TEM também validou a especulação acima, No estado da intercalação de lítio, as partículas de nano-Si sofreram uma grande deformação, mas ainda mantêm uma estrutura de núcleo-concha completa e no TiO 2A camada externa formou uma camada de filme SEI, e o ciclo 200 vezes, a superfície não ocorreu fenômeno quebrado significativo. 2O invólucro de alta estabilidade formado na superfície das partículas de nano-Si é o fator chave para garantir a estabilidade do ciclismo do material de nano-Si.
Jianping Yang, que desenvolveu este TiO amorfo 2Revestimento de material nano-Si, uma boa solução para o grande volume de expansão do material Si, levando à instabilidade da interface: um bom TiO amorfo flexível 2O revestimento garante a estabilidade da superfície das partículas de nano-Si durante o carregamento e a descarga, reduz o declínio da capacidade e reduz a ocorrência de reações laterais, mas o material ainda enfrenta alguns problemas. Embora o material tenha uma capacidade de 3000 mAh / g ou mais, mas o desempenho do ciclo ainda precisa ser melhorado (200 ciclos, taxa de retenção de capacidade de apenas 56%), Xiaobian que o processo de revestimento pode ser otimizado e a otimização de tamanho de partícula Si para melhorar ainda mais a estabilidade da interface Melhorar a vida útil do ciclo.
