En los últimos años, con el firme apoyo de vehículos de nueva energía, las ventas de coches eléctricos no contaminantes limpias para lograr un crecimiento acelerado. Sin embargo, el material del electrodo negativo comercial batería de ión litio de grafito actual en aplicaciones prácticas sólo puede llegar a 300 ~ 340mAh / g, y ha sido difícil de mejorar, lejos de satisfacer las necesidades urgentes de las baterías de iones de litio de alto rendimiento en los nuevos usuarios del mercado.
Por lo tanto, más y más personas están comprometidos con el desarrollo de la batería densidad del material de ánodo material de silicio de alta energía debido a su alta capacidad específica teórica (3752mAh / g), favorable al medio ambiente y de bajo costo favorecido por los científicos, se espera que Conviértase en la fuerza principal del sistema de batería de próxima generación.
Sin embargo, la investigación y el desarrollo material del ánodo de silicio todavía muchos problemas, tales como silicio elemental durante la carga y la expansión del volumen de descarga de efecto hasta un 300%, y la estructura iniciador colapsa, polvo, que limita seriamente el silicio como el desarrollo de baterías material de ánodo de iones de litio y aplicación. para resolver los problemas anteriores, para suprimir el efecto de la expansión del volumen de las reacciones del electrodo, para mejorar la conductividad del silicio elemental y pobres estudio de la llave.
En vista de esto, el grupo de investigación de la Universidad Xiangtan profesor Wang Xianyou tuvo éxito en una preparación de Si @ TiO de un solo paso de doble revestimiento hueca esférica 2@C material negativo.
▲ Figura 1 Si @ TiO
2(a) diagrama de preparación del material del ánodo @C y (b) diagrama esquemático de la estructura
El método funciona para-libre de la plantilla y de magnesio para dar Reducción hueco térmica Si - esferas, a continuación, recubierto con titanato de butilo y de glucosa bis globos HN-Si, y por lo tanto de Si @ TiO preparados con extensa estructura de poro y alta estabilidad 2@C material negativo.
▲ Figura 2 SiO
2(a, d-f), HN-Si (b, g-i) y Si @ TiO
2Microfotografía electrónica de @C (c, j-l)
Primero, en el proceso de carga y descarga, las nanoesferas de Si con estructura hueca pueden autorregular la gran expansión de volumen; en segundo lugar, TiO 2estructura Shell debido a sus ventajas pueden mejorar litio tasa de transporte de iones (sólo 4% la expansión de volumen), y la expansión de volumen más ligado del material activo de Si hacia adentro cámara de transferencia en lugar de hacia el exterior y, por último, la capa externa C se mejora adicionalmente La conductividad eléctrica y la estabilidad estructural del compuesto.
Los resultados indican que la estrategia de revestimiento de una sola capa tradicional no puede cumplir los requisitos de estabilidad estructural de los materiales de electrodo frente al enorme efecto de expansión de volumen de los materiales de ánodo de Si, y esta nueva estrategia de doble revestimiento hueco Puede mejorar efectivamente el efecto de expansión de volumen del silicio y mejorar su conductividad.
Los resultados muestran que el Si-TiO hueco de dos capas sintetizado por el método de reducción térmica de magnesio y el método sol-gel 2@C nanoesferas material de electrodo negativo, en 0,2A / g densidad de corriente, 0.01-2.5V tensión de funcionamiento, primero la capacidad de descarga de 2557.1mAh / g, eficiencia coulombiana era 86,06%. En 1A / g, la densidad de corriente, Si @ TiO después de 250 ciclos 2@C capacidad específica reversible del material del electrodo negativo hay 1270.3mAh / g. Coated sin material de primera capacidad de descarga electrodo negativo HN-Si era 2264mAh / g, eficiencia coulombiana de sólo el 67,3%.
Tal doble capa - diseño hueco es posible acortar la trayectoria de transmisión de Li + y una estructura de poros rico en electrones puede facilitar la infiltración completa de la solución electrolítica, para mejorar su rendimiento de velocidad, mientras que una TiO uniforme 2Las capas Shell y C mejoran enormemente Si @ TiO 2@C estabilidad estructural del ánodo y conductividad.
▲ Figura 3 Si @ TiO
2Caracterización de propiedades electroquímicas de materiales de ánodo @C
▲ Figura 4 Si @ TiO
2(A) una vista esquemática de la @C aparato de trabajo, los cambios estructurales en (b) TEM de carga y descarga, y (c) litiación (delithiation) Esquema
▲ Figura 5 rendimiento del ciclo, rendimiento de la tasa y análisis de impedancia
En resumen, esta estructura de la cavidad biestable estudio diseñado para promover aún más la investigación y desarrollo de material de ánodo a base de silicio, pero también para el estudio de la expansión de volumen severa del material del electrodo negativo de la mala conductividad eléctrica para proporcionar una referencia.
