Con 2020 se acerca, la mayoría de los fabricantes de baterías tienen hacia los indicadores 300Wh / kg de desafío, nuestra hoja de ruta tecnológica por ahora son básicamente similares - material de alta ternaria Ni + de alta capacidad con material de carbono de silicio levantar el contenido de ni del material ternario, la capacidad del material se incrementará correspondientemente, tal como el material NMC811 actual capacidad específica ha alcanzado alrededor 200mAh / g, pero la capacidad de continuar mejorando el material ternario espacial al elevar el contenido de ni ya no es grande, primero con el aumento de contenido de Ni, el material en sí aumentará en gran medida la dificultad de la producción y, además, el alto contenido de Ni también puede conducir a dificultades en la producción y se homogeneizaron y materiales y, por último, el alto contenido de Ni también es difícil garantizar material de en la estabilidad estructural del proceso de carga-descarga. Así, en los materiales de los electrodos positivos Actualmente difícil de tener un caso de gran avance, se volvió hacia el desarrollo de un material de alta de carbono de alta capacidad en la relación de silicio de la batería puede enfocar el desarrollo.
material de Si alcanza la capacidad teórica 4200mAh / g (Li4.4Si), es diez veces más que el material de grafito, puede decirse que es un material de ánodo deseable para baterías de iones de litio, pero el material de Si se enfrenta a grandes desafíos expansión de volumen (litiación completa cuando hasta un 300%), que no sólo puede causar si roto durante la carga y descarga de partículas de material, sino también llevar a la destrucción y la regeneración ánodo película SEI, lo que resultará en una fuerte disminución en el rendimiento del ciclo electrodo negativo de si, con el fin de resolver el expansión de volumen de si gran problema, nanómetro es los medios más comúnmente utilizados. por herramientas de nano tecnología, puede reducir efectivamente el volumen absoluto de Si la expansión del material, a fin de mejorar el rendimiento de ciclo de la batería, pero la gran superficie de las nanopartículas, se traducirá en un aumento de una reacción secundaria, serio afectar el ciclo de vida de la batería, por lo que la forma de equilibrar la relación entre los dos es particularmente importante.
Recientemente, Yang Jianping Universidad de Donghua y otras personas en el uso de TiO amorfa 2Si nano-partículas del proceso de revestimiento (espesor de capa de recubrimiento de aproximadamente 3 nm), buenas características elásticas del TiO2 amorfo, ofrece una muy buena amortiguación a la expansión de volumen de partículas de Si durante la carga y descarga, asegurando de este modo las partículas de Si La integridad del material de nano-Si mejora significativamente el rendimiento del ciclo.
Como se muestra en la figura anterior, Jianping Yang sintetiza TiO amorfo mediante el método sol-gel 2Nanopartículas de Si recubiertas - Si @ a-TiO 2, Amoroso TiO 2La buena elasticidad de la carcasa absorbe la expansión de volumen de las partículas de Si durante la carga y descarga. En presencia de TiO amorfo 2Con la ayuda de la carcasa, el primer material es la eficiencia solamente 86,1%, pero también exhiben un excelente rendimiento ciclo - a una densidad de corriente de / g y 200 ciclos 420mA, la capacidad puede llegar 1720mAh / g, y 8.4A / g alta densidad de corriente, la capacidad de hasta 812mAh / g, mucho más alta que los materiales de grafito.
La figura en el rendimiento electroquímico resulta Si @ a-TiO2 de material, se puede ver en la figura, además de una primera litio apareció (película SEI formada correspondiente a) un pico de corriente en el entorno de la 1.25V exterior, en los ciclos posteriores V un picos de intercalación de litio de exploración están presentes en el entorno de la 0.185V flujo, pico de corriente delithiation en 0.54V, y con el aumento de número de exploraciones, la intensidad pico de la corriente se incrementa gradualmente, la superficie con el progreso de proceso de intercalación de litio , Si @ a-TiO 2Las condiciones cinéticas de inserción de litio del material se vuelven cada vez mejores.
Como puede verse a partir de los resultados de la prueba de rendimiento del ciclo de c anteriores, no importa el TiO amorfo que se use 2Las nanopartículas de Si estaban recubiertas (Si @ a-TiO 2), O usando anatase TiO 2Las partículas de nano-Si estaban recubiertas (Si @ c-TiO 2), Son capaces de mejorar significativamente el rendimiento del ciclo de material nano de Si en comparación con el material sin tratar nano-Si, Si un @-TiO 2El rendimiento del ciclo del material se ha mejorado mucho, circulando a una densidad de corriente de 420 mA / g 200 veces, Si @ a-TiO 2El material es todavía capaz de lograr la capacidad 1720mAh / g (pero la tasa de retención de capacidad fue del 56%, la necesidad de seguir mejorando el rendimiento del ciclo).
Además de sus excelentes propiedades para el ciclismo, Si @ a-TiO 2El material también muestra un rendimiento de velocidad excelente (como se muestra en d más arriba), aumentando la densidad de corriente de 0,14 A / g a 8,4 A / gy disminuyendo la capacidad del material de 3420 mAh / ga 812 mAh / g. Materiales de grafito, pero también significativamente más altos que la anatasa TiO 2El material recubierto de nano-Si.
TiO amorfo 2Materiales para mejorar el rendimiento del ciclo del principio del material nano-Si Como se muestra arriba, la superficie de las partículas de nano-Si recubrió el TiO amorfo 2Puede soportar la gran expansión de volumen de partículas de Si en el proceso de carga y descarga para garantizar la estabilidad de la estructura núcleo-caparazón, reduciendo así la descomposición del electrolito y la pérdida de sustancias activas. El estudio TEM TEM también validó la especulación anterior, En el estado de intercalación de litio, las partículas de nano-Si han sufrido una gran deformación, pero aún mantienen una estructura núcleo-cubierta completa, y en el TiO 2La capa externa formó una capa de película SEI, y el ciclo 200 veces, la superficie no se produjo un fenómeno roto significativo. 2La carcasa de alta estabilidad formada en la superficie de las partículas de nano-Si es el factor clave para garantizar la estabilidad cíclica del material de nano-Si.
Jianping Yang, quien desarrolló este amorfo TiO 2Recubrimiento de material nano-Si, una buena solución para la expansión de gran volumen del material de Si, que conduce a la inestabilidad de la interfaz: un buen TiO amorfo flexible 2El recubrimiento garantiza la estabilidad de la superficie de las partículas de nano-Si durante la carga y descarga, reduce la disminución de la capacidad y reduce la aparición de reacciones secundarias, pero el material aún enfrenta algunos problemas. Aunque el material puede alcanzar una capacidad de 3000 mAh / g o más, pero su rendimiento de ciclo aún necesita mejorarse (200 ciclos, tasa de retención de capacidad de solo el 56%), Xiaobian que el proceso de recubrimiento puede optimizarse y la optimización del tamaño de partículas de Si para mejorar aún más la estabilidad de la interfaz , Mejora la vida del ciclo.
