Negli ultimi anni, con il forte sostegno del paese per i veicoli a energia rinnovabile, le vendite di veicoli elettrici puliti e senza inquinamento hanno raggiunto una crescita sostenuta, tuttavia l'attuale grafite commerciale di anodi a batteria agli ioni di litio può raggiungere solo 300 ~ 340 mAh nelle applicazioni pratiche. / g capacità, ed è stato difficile da migliorare, lungi dal soddisfare le esigenze urgenti di batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni in nuovi utenti del mercato.
Pertanto, sempre più persone sono impegnate nello sviluppo di materiali per batterie ad alta densità di energia: i materiali a base di anodi di silicio sono preferiti dai ricercatori a causa della loro elevata capacità teorica specifica (3752 mAh / g), rispettosi dell'ambiente e a basso costo Diventa la forza principale del sistema di batterie di prossima generazione.
Tuttavia, la ricerca silicio materiale di anodo e sviluppo sono ancora molti problemi, come silicio elementare durante la carica e l'espansione del volume scarico effetto fino al 300%, e la struttura iniziatore crolla, polvere, che seriamente limitato il silicio come uno sviluppo batteria agli ioni di litio materiale di anodo e Applicazione Per risolvere i problemi di cui sopra, il problema di sopprimere l'effetto di espansione del volume nella reazione dell'elettrodo e migliorare la conduttività del silicio elementare è la chiave della ricerca.
In considerazione di ciò, il gruppo di ricerca del professor Wang Xianyou della Xiangtan University ha preparato con successo un Si sferico sferico a doppio rivestimento con un metodo in un'unica fase. 2@C materiale negativo.
▲ Figura 1 Si @ TiO
2(a) schema di preparazione del materiale dell'anodo @C e (b) schema schematico della struttura
In questo lavoro, le sfere cave di Si sono state preparate mediante metodo senza stampaggio e metodo di riduzione termica del magnesio, e quindi sfere HN-Si sono state rivestite con butil titanato e glucosio per preparare Si @ TiO con una struttura dei pori ricca ed elevata stabilità. 2@C materiale negativo.
▲ Figura 2 SiO
2(a, d-f), HN-Si (b, g-i) e Si @ TiO
2Micrografia elettronica di @C (c, j-l)
In primo luogo, nel processo di carica e scarica, le nanosfere Si con struttura cava possono autoregolarsi un'enorme espansione del volume, in secondo luogo, TiO 2Lo strato di guscio può aumentare la velocità di trasporto degli ioni di litio (il rapporto di espansione del volume è solo del 4%) a causa dei suoi vantaggi strutturali e limita ulteriormente l'espansione del volume del materiale attivo Si alla cavità interna anziché all'esterno, infine lo strato C esterno viene ulteriormente migliorato. La conducibilità elettrica e la stabilità strutturale del composito.
I risultati indicano che la tradizionale strategia di rivestimento a singolo strato non può soddisfare i requisiti di stabilità strutturale dei materiali degli elettrodi di fronte all'enorme effetto di espansione del volume dei materiali dell'anodo di Si e questa nuova strategia a doppio rivestimento Può efficacemente migliorare l'effetto di espansione del volume del silicio e migliorare la sua conduttività.
I risultati mostrano che il Si @ TiO cavo stabile a due strati sintetizzato con il metodo di riduzione termica del magnesio e il metodo sol-gel 2@C materiale anodico nanosferico, ad una densità di corrente di 0,2 A / g, tensione operativa di 0,01-2,5 V, la prima capacità specifica di scarico è 2557,1 mAh / g, e l'efficienza coulombica è 86,06%. A una densità di corrente di 1 A / g, Si @ TiO dopo 250 cicli 2La capacità specifica reversibile del materiale dell'anodo @C è ancora 1270,3 mAh / g Il materiale anodico HN-Si non scaricato ha una prima capacità specifica di scarica di 2264 mAh / ge un'efficienza coulombica di solo il 67,3%.
Questo design a struttura interna a doppio strato può ridurre il percorso di trasmissione di Li + ed elettroni.La struttura ricca dei pori può anche favorire la piena bagnatura dell'elettrolita e migliorare le sue prestazioni in frequenza, mentre TiO uniforme. 2Gli strati Shell e C migliorano notevolmente Si @ TiO 2Stabilità strutturale e conduttività del materiale anodico @C.
▲ Figura 3 Si @ TiO
2Caratterizzazione delle proprietà elettrochimiche dei materiali dell'anodo @C
▲ Figura 4 Si @ TiO
2@C (a) Schema schematico del dispositivo di lavoro, (b) Cambiamento strutturale di carica e scarica sotto TEM e (c) Schema schematico di litiazione (delitiazione)
▲ Figura 5 prestazioni del ciclo, prestazioni di velocità e analisi di impedenza
In sintesi, il progetto della struttura della cavità bistabile in questo studio può promuovere l'ulteriore ricerca e sviluppo di materiali anodici a base di silicio e fornire anche un riferimento per lo studio dei materiali degli elettrodi negativi con una notevole espansione del volume e scarsa conduttività.
