近年、新エネルギー車の強力なサポートにより、クリーンで無公害の電気自動車の販売は急増していますが、現在市販されているリチウムイオン電池の負極材料グラファイトは、実用上300〜340mAhにしか達しません。 / gの容量であり、新しい市場ユーザーの高性能リチウムイオン電池の緊急のニーズを満たすことからは程遠い。
シリコンアノード材料は理論的比容量（3752mAh / g）が高く、環境にやさしく低コストであることから研究者が好んで使用されています次世代電池システムの主力となる。
しかし、シリコンアノード材料の研究開発は、300％までの充放電体積膨張効果の間元素シリコンのような多くの問題が、まだ、および開始剤構造が崩れ、深刻なリチウムイオン電池の負極材料の開発としてシリコンを制限粉末、及びアプリケーション。元素状ケイ素及び乏しい研究キーの導電率を向上させるために、電極反応の体積膨張の影響を抑制するため、上記課題を解決します。
そこで、湘潭大学教授王Xianyouの研究グループは、1ステップの二重コーティングされた中空の球状Siの@のTiO準備に成功しました 2@Cネガティブ材料。
▲図1 Si @ TiO
2（a）@C陽極材料の製造図および（b）構造の概略図
次いで、ブチルチタネート及びビスグルコースバルーンHN-Siをコーティングした球体、従ってSiの@のTiO広範な細孔構造及び高安定で調製 - 方法は、中空熱還元のSiを与えるテンプレートフリー及びマグネシウムに動作します 2@Cネガティブ材料。
▲図2 SiO
2（A、D-F）、HN-Siの（B、G-I）、およびSi @のTiO
2図の電子顕微鏡の@C（C、J-L）。
まず、充放電過程において、中空構造を有するSiナノ粒子は、自己調節膨大な体積膨張することができ、第二にはTiO 2シェル、その利点の構造は、リチウムイオンの輸送速度（わずか4％の体積膨張）を向上させることができ、及び搬送チャンバ内側ではなく外側に活性な物質のSiのさらにバウンド体積膨張;最後に、外層Cがさらに向上します導電性複合材料構造的安定性。
結果は指摘したSi負極材料の巨大な体積膨張効果の面で、従来の単層コーティング戦略、今や電極材料の構造的安定性の要件を満たすことができない、この新たな二重コーティングされた - ホロー戦略でありますシリコンの体積膨張の効果を向上させることができ、その導電率を向上させます。
結果は、マグネシウム還元工程と、ゾル - ゲル法は、中空二重のSi @のTiO安定したことを示しました 2@Cナノスフェア負極材料、0.2A / gの電流密度で、0.01-2.5V動作電圧、2557.1mAh / gでの最初の放電容量、クーロン効率は86.06パーセントであった。1A / gの電流密度、 250サイクルSiの@の後のTiO 2@Cが負極材料1270.3mAh / gである。HN-Siの負極材料最初の放電容量なしでコーティングされたの可逆比容量は2264mAh / gであり、唯一の67.3パーセントのクーロン効率でした。
このような両面 - 中空のデザインは、その速度性能を改善するために、電解液を十分浸透を容易にすることができるのLi +および電子豊富な細孔構造の伝送経路を短くすることができる均一のTiO一方 2シェル層およびC層は、Si-TiO 2アノード材料の構造安定性と導電性。
▲図3 Si @ TiO
2@Cアノード材料の電気化学的性質のキャラクタリゼーション
▲図4 Si @ TiO
2（A）加工装置@C、充放電の（b）にTEM下で構造変化、及び（c）のリチオ化（脱リチウム化）は概略の模式図
▲図5サイクル性能、レート性能、インピーダンス解析
要約すると、本研究双安定キャビティ構造は、さらなる研究とシリコン系負極材料の開発を促進するように設計されただけでなく、乏しい電気伝導度の負極材料の重篤な体積膨張の研究のための基準を提供します。
