Nos últimos anos, com o forte apoio do país a novos veículos de energia, as vendas de veículos elétricos limpos e livres de poluição tiveram um grande crescimento, mas a atual grafite comercial de ânodo de bateria de íons de lítio pode atingir apenas 300 ~ 340mAh em aplicações práticas. / g capacidade, e tem sido difícil de melhorar, longe de satisfazer as necessidades urgentes de baterias de iões de lítio de alto desempenho em novos usuários do mercado.
Portanto, mais e mais pessoas estão comprometidas com o desenvolvimento de materiais de bateria de alta densidade de energia.Pedimentos de ânodo de silício são favorecidos pelos pesquisadores por causa de sua alta capacidade específica teórica (3752mAh / g), ambientalmente amigável e de baixo custo. Torne-se a força principal do sistema de baterias da próxima geração.
No entanto, pesquisa e desenvolvimento material do ânodo de silício ainda existem muitos problemas, tais como silício elementar durante a carga e a expansão do volume de descarga efeito até 300%, e a estrutura iniciador colapsa, em pó, o que restringe gravemente a silício como um desenvolvimento de iões de lítio material do ânodo da bateria e aplicação. para resolver os problemas acima, para suprimir o efeito de expansão do volume das reacções de eléctrodos, para melhorar a condutividade de silicone elementar e pobre estudo da chave.
Em vista disso, o grupo de pesquisa da Universidade de Xiangtan Professor Wang Xianyou conseguiram uma preparação Si @ TiO um passo double-revestido oco esférico 2Material negativo @C.
▲ Figura 1 Si @ TiO
2(a) diagrama de preparação do material do ânodo @C e (b) diagrama esquemático da estrutura
O método funciona para molde-livre e magnésio para dar oco Redução térmica Si - esferas, em seguida, revestidos com de titanato de butilo e de glicose bis balões HN-Si, e, assim, Si @ TiO preparados com grande estrutura de poros e elevada estabilidade 2Material negativo @C.
▲ Figura 2 SiO
2(a, d-f), HN-Si (b, g-i) e Si @ TiO
2Eletromicrografia de @C (c, j-l)
Primeiro, no processo de carga e descarga, as nanoesferas de Si com estrutura oca podem auto-regular a enorme expansão de volume; 2estrutura de cobertura devido às suas vantagens podem melhorar a taxa de transporte de iões de lítio (a expansão do volume de apenas 4%), e a expansão do volume adicional ligada do material activo Si para dentro da câmara de transferência, em vez de para o exterior e, finalmente, a camada externa C é ainda mais melhorada A condutividade elétrica e estabilidade estrutural do compósito.
Os resultados indicam que a estratégia de revestimento de camada única tradicional não pode atender aos requisitos de estabilidade estrutural dos materiais de eletrodo em face do enorme efeito de expansão de volume dos materiais de ânodo Si, e esta nova estratégia oca de duplo revestimento Pode efetivamente melhorar o efeito de expansão de volume do silício e melhorar sua condutividade.
Os resultados mostram que o Ti oco estável de duas camadas sintetizado pelo método de redução térmica de magnésio e o método sol-gel 2@C material ânodo nanoesfera, a uma densidade de corrente de 0,2A / g, tensão de funcionamento de 0,01-2,5V, a capacidade específica primeira descarga é 2557.1mAh / g, eficiência Coulomb é 86,06% .A uma densidade de corrente de 1A / g, Si @ TiO após 250 ciclos 2A capacidade específica reversível do material do ânodo @C ainda é 1270,3 mAh / g O material do ânodo de HN-Si não descarregado tem uma capacidade específica de primeira descarga de 2264 mAh / g e uma eficiência coulombica de apenas 67,3%.
Este projeto de estrutura de dupla camada de revestimento oco pode encurtar o caminho de transmissão de Li + e elétrons.A estrutura de poros ricos também pode promover o molhamento total do eletrólito e melhorar seu desempenho de taxa, enquanto TiO uniforme. 2As camadas Shell e C aumentam consideravelmente o Si @ TiO 2Estabilidade estrutural e condutividade do material do ânodo @C.
▲ Figura 3 Si @ TiO
2Caracterização de propriedades eletroquímicas de materiais de ânodo @C
▲ Figura 4 Si @ TiO
2@C (a) Diagrama esquemático do dispositivo de trabalho, (b) Mudança estrutural de carga e descarga sob TEM e (c) Diagrama esquemático de litiação (delitiation)
▲ Figura 5 desempenho do ciclo, desempenho de taxa e análise de impedância
Em resumo, o projeto da estrutura da cavidade biestável neste estudo pode promover a pesquisa e o desenvolvimento de materiais anódicos à base de silício, e também fornecer uma referência para o estudo de materiais de eletrodo negativo com expansão de volume séria e condutividade ruim.
