В последние годы, благодаря сильной поддержке страны новыми энергетическими транспортными средствами, продажи экологически чистых и экологически чистых электромобилей достигли роста всплеска. Однако в настоящее время коммерческий литий-ионный аккумулятор анодного материала может достигать 300 ~ 340 мАч в практических применениях. / г, и его было сложно улучшить, что не соответствовало срочным потребностям высокоэффективных литиево-ионных батарей у новых пользователей рынка.
Поэтому все больше и больше людей привержены разработке материалов с высокой плотностью энергии. Материалы из кремниевого анода предпочитают исследователи из-за их высокой теоретической удельной емкости (3752 мА / г), экологически чистых и недорогих, ожидается Станьте основной силой системы батарей следующего поколения.
Однако по-прежнему существует много проблем в разработке материалов из кремниевого анода. Например, эффект объемного расширения элементарного кремния во время зарядки и разрядки достигает 300%, что приводит к структурному коллапсу и распылению, что серьезно ограничивает развитие кремния в качестве материала отрицательного электрода для литиево-ионных батарей. Применение. Для решения вышеуказанных проблем ключом к исследованию является проблема подавления эффекта объемного расширения в электродной реакции и повышения проводимости элементарного кремния.
В связи с этим исследовательская группа профессора Ван Сянью из Xiangtan University успешно подготовила однополярный полый сферический Si @ TiO с двойным покрытием. 2@C отрицательный материал.
▲ Рисунок 1 Si @ TiO
2(a) диаграмма подготовки материала анодного материала @C и (b) схематическая схема конструкции
В этой работе полые шарики Si были получены методом без шаблонов и методом термического восстановления магния, а затем полые сферы HN-Si были покрыты бутилтитанатом и глюкозой для получения Si @ TiO с богатой структурой пор и высокой стабильностью. 2@C отрицательный материал.
▲ Рисунок 2 SiO
2(a, d-f), HN-Si (b, g-i) и Si @ TiO
2Электронная микрофотография @C (c, j-l)
Во-первых, в процессе заряда и разряда наносферы Si с полыми структурами могут самостоятельно регулировать объемное расширение, во-вторых, TiO 2Слой оболочки может увеличить скорость переноса ионов лития (объемное расширение составляет всего 4%) из-за его структурных преимуществ и дополнительно ограничивает объемное расширение активного материала Si во внутреннюю полость вместо наружного, наконец, внешний слой С еще улучшается. Электропроводность и структурная устойчивость композита.
Результаты показывают, что традиционная стратегия однослойной оболочки не может удовлетворять требованиям структурной стабильности материалов электродов в условиях огромного эффекта расширения объема материалов анодного Si, и эта новая двойная оболочка-полая стратегия Может эффективно улучшить эффект расширения объема кремния и улучшить его проводимость.
Результаты показывают, что двухслойный стабильный полый Si @ TiO, синтезированный методом термического восстановления магния и золь-гель методом 2@C наносферного анодного материала при плотности тока 0,2 А / г, рабочее напряжение 0,01-2,5 В, удельная емкость первого разряда составляет 2557,1 мАч / г, кулоновская эффективность - 86,06%. При плотности тока 1 А / Si @ TiO после 250 циклов 2Обратимая удельная емкость анодного материала @C по-прежнему составляет 1270,3 мА · ч. Неоновый заряженный анодный материал HN-Si имеет первую удельную емкость разряда 2264 мАч / г и кулоновскую эффективность всего 67,3%.
Эта конструкция с двухслойной оболочкой и полыми конструкциями может сократить путь передачи Li + и электронов. Богатая структура пор может также способствовать полному смачиванию электролита и повышению его скорости работы при равномерном TiO. 2Слои Shell и C значительно усиливают Si @ TiO 2@C структурная стабильность и проводимость анодного материала.
▲ Рисунок 3 Si @ TiO
2Характеристика электрохимических свойств анодных материалов @C
▲ Рисунок 4 Si @ TiO
2@ C (a) Принципиальная схема рабочего устройства, (б) Структурное изменение заряда и разряда в соответствии с TEM и (c) Схематическая диаграмма лития (делитизация)
▲ Рисунок 5: производительность цикла, эффективность скорости и импеданс
Таким образом, конструкция бистабильной полостной структуры в этом исследовании может способствовать дальнейшему исследованию и разработке материалов на основе кремния на основе анода, а также дать ссылку на исследование материалов отрицательного электрода с серьезным расширением объема и низкой проводимостью.
