In den letzten Jahren, mit der starken Unterstützung des Landes für neue Energiefahrzeuge, hat der Verkauf von sauberen und verschmutzungsfreien Elektrofahrzeugen einen sprunghaften Anstieg erreicht.Der derzeitige kommerzielle Lithium-Ionen-Batterieanodenmaterial Graphit kann jedoch nur 300 ~ 340mAh in praktischen Anwendungen erreichen. / g Kapazität, und es war schwierig zu verbessern, weit davon entfernt, die dringenden Bedürfnisse von Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien bei neuen Marktnutzern zu erfüllen.
Daher engagieren sich mehr und mehr Menschen für die Entwicklung von Batteriewerkstoffen mit hoher Energiedichte.Anodenmaterialien aus Silizium werden von Forschern wegen ihrer hohen theoretischen spezifischen Kapazität (3752 mAh / g), umweltfreundlich und kostengünstig, erwartet Werden Sie zur Hauptkraft des Batteriesystems der nächsten Generation.
Jedoch Silizium Anodenmaterial Forschung und Entwicklung sind noch viele Probleme, wie zum Beispiel elementares Silizium während der Lade- und Entlade-Volumenexpansionseffektes bis zu 300%, und die Initiatorstruktur bricht zusammen, Pulver, die intensiv in die Silizium als Lithium-Ionen-Batterieanodenmaterial Entwicklung eingeschränkt und Anwendung. die oben genannten Probleme zu lösen, den Volumenexpansionseffekt der Elektrodenreaktionen zu unterdrücken, ist der Schlüssel, die Leitfähigkeit von elementarem Silicium und schlechter Studie zu verbessern.
Vor diesem Hintergrund gelang es Xiangtan Universität Professor Wang Xianyou Forschungsgruppe in einem einstufigen doppelt beschichteten Hohlkugel Si @ TiO Vorbereitung 2@C Anodenmaterial.
▲ Fig. 1 Si @ TiO
2@C negatives Elektrodenmaterial (a) Herstellen eine schematische Ansicht, und (b) eine schematische Ansicht der Struktur
In dieser Arbeit wurden hohle Si-Kugeln durch ein templatfreies Verfahren und ein thermisches Magnesiumreduktionsverfahren hergestellt, und dann wurden Hohlkugeln HN-Si mit Butyltitanat und Glucose beschichtet, um Si @ TiO mit einer reichen Porenstruktur und hoher Stabilität herzustellen. 2@C negatives Material.
▲ Abbildung 2 SiO
2(a, d-f), HN-Si (b, g-i) und Si @ TiO
2Elektronenmikroskopische Aufnahme von @C (c, j-l)
Erstens können Si-Nanosphären mit hohler Struktur während des Lade- und Entladungsvorgangs eine große Volumenexpansion regulieren, zweitens TiO 2Die Hüllschicht kann aufgrund ihrer strukturellen Vorteile die Lithiumionentransportrate erhöhen (das Volumenexpansionsverhältnis beträgt nur 4%) und schränkt die Volumenexpansion des Si-Aktivmaterials zum Innenhohlraum statt nach außen ein, schließlich wird die Außenc-Schicht weiter verbessert. Die elektrische Leitfähigkeit und strukturelle Stabilität des Komposits.
Das Ergebnis weist darauf hin, herkömmliche Beschichtungsstrategie einlagigen angesichts des großen Volumenexpansionseffekt von Si Anodenmaterial, ist nun nicht mehr die Anforderungen der strukturellen Stabilität des Elektrodenmaterials, und diese neue Dual-beschichtende erfüllen - Hohl Strategie ist Kann den Volumenausdehnungseffekt von Silizium effektiv verbessern und seine Leitfähigkeit verbessern.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Magnesiumreduktionsverfahren und Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung einer hohlen Doppel-Si @ TiO stabil mit 2@C Nanokugeln negatives Elektrodenmaterial, bei 0,2 A / g Stromdichte, 0.01-2.5V Betriebsspannung, erster Entladekapazität 2557.1mAh / g, Coulomb-Wirkungsgrad 86,06% betrug. Bei 1 A / g, die Stromdichte, Si @ TiO nach 250 Zyklen 2@C reversible spezifische Kapazität des negativen Elektrodenmaterials dort 1270.3mAh / g. Beschichtete ohne HN-Si Katodenmaterial ersten Entladekapazität betrug 2264mAh / g, Coulomb-Effizienz von nur 67,3%.
Diese Doppelschicht-Mantel-Hohlstruktur-Konstruktionkann den Übertragungsweg von Li + und Elektronen verkürzen.Die reiche Porenstruktur kann auch die vollständige Benetzung des Elektrolyten fördernund seine Geschwindigkeitsleistung verbessern, während TiO gleichmäßig ist. 2Shell- und C-Schichten verbessern stark Si @ TiO 2@C Anodenmaterial strukturelle Stabilität und Leitfähigkeit.
▲ Abbildung 3 Si @ TiO
2Charakterisierung der elektrochemischen Eigenschaften von @C-Anodenmaterialien
▲ Abbildung 4 Si @ TiO
2@C (a) Schematische Darstellung des Arbeitsgeräts, (b) Strukturelle Veränderung von Ladung und Entladung unter TEM und (c) Schematische Darstellung der Lithiierung (Delithiierung)
▲ Abbildung 5 Zyklusleistung, Ratenleistung und Impedanzanalyse
Zusammenfassend kann die Konstruktion der bistabilen Hohlraumstruktur in dieser Studie die weitere Erforschung und Entwicklung von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis fördern und auch eine Referenz für die Untersuchung negativer Elektrodenmaterialien mit ernsthafter Volumenexpansion und schlechter Leitfähigkeit liefern.
