С приближением к 2020 году большинству производителей батарей питания приходится бросать вызов индексу 300 Вт / кг, с нынешней точки зрения мы, в основном, являемся одной и той же технической линией - высоким содержанием никеля или высокомощным кремниевым углеродным материалом. С улучшением содержания Ni в тройном материале соответственно будет повышена пропускная способность материала. Например, текущая удельная емкость материала NMC811 достигла около 200 мАч / г, но пространство для увеличения мощности тройного материала за счет увеличения содержания Ni больше не Большой, во-первых, с увеличением содержания Ni, сам материал будет значительно увеличивать сложность производства. Кроме того, слишком высокое содержание Ni приведет к усложнению материала и трудностям в производстве. Наконец, слишком высокое содержание Ni трудно гарантировать материал В процессе зарядки и разрядки структурной стабильности. Поэтому в настоящее время трудно получить значительный прорыв в катодном материале, люди будут сосредоточены на разработке высокой удельной энергии батареи для исследований и разработки высокоуглеродистых углеродных материалов.
Теоретическая емкость материала Si 4200 мАч / г (Li4.4Si), графитовый материал более чем в десять раз, можно назвать идеальным ионно-ионным аккумулятором, но материал Si сталкивается с проблемой объемного расширения (полный литий До 300%), что не только приводит к поломке частиц материала Si во время зарядки и разрядки, но также приводит к разрушению и регенерации пленки отрицательного электрода SEI, что приводит к резкому падению характеристик сильного отрицательного электрода Si. Чтобы решить объемное расширение материала Si, Большие проблемы, наиболее распространенные средства нанотехнологий. Благодаря нано-средствам можно эффективно уменьшить абсолютное объемное расширение материала Si, тем самым повышая производительность батарейного цикла, но огромная площадь поверхности наночастиц вызовет повышенные побочные эффекты, серьезные Влияйте на жизненный цикл батареи, поэтому, как взвесить соотношение между ними, особенно важно.
Недавно, Цзяньпин Ян, Университет Дунхуа, которые используют аморфный TiO 2Частицы нано-Si были покрыты (толщина покрытия составляет около 3 нм), аморфные TiO2 хорошие упругие свойства частиц Si в процессе объемного расширения во время зарядки и разряда для обеспечения очень хорошего буфера, таким образом обеспечивая частицы Si Целостность материала нано-Si значительно улучшает производительность цикла.
Как показано на приведенном выше рисунке, Цзяньпин Ян синтезирует аморфный TiO методом золь-гель 2Покрытые Si наночастицы - Si @ a-TiO 2, Аморфный TiO 2Хорошая эластичность оболочки поглощает объемное расширение частиц Si во время зарядки и разрядки. В присутствии аморфного TiO 2С помощью корпуса материал не только достигал первой эффективности 86,1%, но также демонстрировал отличную производительность цикла - с плотностью тока 420 мА / г, цикличность 200 раз с мощностью 1720 мАч / г, г высокой плотности тока, емкость до 812 мАч / г, намного выше, чем графитовые материалы.
На графике выше показаны электрохимические характеристики Si @ a-TiO 2. Из рисунка A видно, что в дополнение к пику тока около 1,25 В (что соответствует формированию пленки SEI) Во время сканирования пик интеркаляционного литиевого тока возникал вблизи 0,185 В, а пик тока в делитиации проявлялся при 0,54 В. С увеличением времени сканирования интенсивность пикового тока также постепенно возрастала. По мере продвижения процесса введения лития, , Si @ a-TiO 2Кинетические условия введения лития материала становятся лучше и лучше.
Как видно из результатов теста производительности цикла, приведенного выше, независимо от того, используется ли аморфный TiO 2Наночастицы Si были покрыты (Si @ a-TiO 2), Или с использованием анатаза TiO 2Частицы нано-Si были покрыты (Si @ c-TiO 2), Может значительно улучшить характеристики циклирования материала нано-Si. По сравнению с необработанным материалом нано-Si Si @ a-TiO 2Эффективность цикла материала значительно улучшилась, циркулируя при плотности тока 420 мА / г 200 раз, Si @ a-TiO 2Емкость материала по-прежнему может достигать 1720 мАч / г (но скорость удержания мощности составляет лишь около 56%, производительность цикла должна продолжать улучшаться).
В дополнение к своим превосходным циклическим свойствам Si @ a-TiO 2Материал также обладает отличной скоростью (как показано выше в пункте d), увеличивая плотность тока от 0,14 А / г до 8,4 А / г и уменьшая емкость материала от 3420 мАч / г до 812 мАч / г, Графитовые материалы, но также значительно выше, чем анатазы TiO 2Материал покрытого нано-Si.
Аморфный TiO 2Материалы для повышения циклических характеристик принципа материала нано-Si. Как показано выше, поверхность наночастиц с наночастицами, покрытых аморфным TiO 2Может выдерживать огромное объемное расширение частиц Si в процессе заряда и разряда, чтобы обеспечить стабильность структуры сердцевина-оболочка, тем самым уменьшая разложение электролита и потерю активных веществ. Исследование TEM TEM также подтвердило вышеупомянутую спекуляцию, В состоянии интеркаляции лития частицы нано-Si претерпели большую деформацию, но все же сохраняют полную структуру ядра-оболочки и в TiO 2Наружный слой образовал слой пленки SEI, а цикл 200 раз, поверхность не имела значительного разрушенного явления. 2Раковина с высокой устойчивостью, образованная на поверхности частиц нано-Si, является ключевым фактором для обеспечения устойчивости к циклированию материала нано-Si.
Цзяньпин Ян, который разработал этот аморфный TiO 2Покрытие материала нано-Si, хорошее решение для большого объема материала Si, приводящее к нестабильности интерфейса: хороший гибкий аморфный TiO 2Покрытие обеспечивает стабильность поверхности частиц нано-Si во время зарядки и разрядки, уменьшает снижение емкости и уменьшает возникновение побочных реакций, но материал по-прежнему сталкивается с некоторыми проблемами. Хотя материал может достигать 3000 мАч / г или более, но его производительность цикла еще нуждается в улучшении (200 циклов, коэффициент удерживания мощности всего 56%), Xiaobian, что процесс покрытия можно оптимизировать и оптимизировать размер частиц Si для дальнейшего повышения стабильности интерфейса , Улучшить срок службы.
