Con l'energia della batteria agli ioni di litio requisiti di densità continuano ad aumentare, il materiale dell'elettrodo negativo grafite convenzionale è stata difficile da soddisfare le esigenze di batterie agli ioni di litio ad alta energia, mentre il materiale di elettrodo negativo capacità reversibile Si raggiunge 4200mAh / g (Li4.4Si), plateau tensione grafite materiali sono in prossimità, è un materiale di elettrodo negativo ideale, ma il si negativo espansione del volume materiale dell'elettrodo durante litio fino al 300%, mentre il si nanofili anno a tecnologie emergenti come materiale si grado di sopportare una così grande espansione del volume senza subire schiacciato in polvere, ma il volume ancora motivo ripetuto espansione materiale attivo e la connessione di rete conduttivo viene persa a causa di perdita di sostanza attiva.
Si è un metodo efficace per rivestire la superficie di un'espansione del volume nanostruttura dell'insediamento, per esempio, utilizzando un materiale SiOx, Al2O3, TiO2 e simili sul Si nanofili rivestito con un trattamento superficiale può migliorare efficacemente la stabilità strutturale del Si nanofili particolare SiOx rivestito processo è relativamente semplice, semplicemente si trattamento nanofili superficie di ossidazione può essere ottenuta nanofili si SiOx rivestite, analisi TEM ha anche mostrato che, strato superficiale SiOx può anche sopprimere l'espansione del volume di nanofili di si, e quindi viene rivestito SiOx un approccio ideale per i nanofili di Si.
Ma l'osservazione in situ TEM, Università del Texas a Austin Emily R. Adkins (primo autore) e Brian A. Korgel (autore corrispondente) ha trovato che l'uso di SiOx trattamento di rivestimento di Si nanofili nella prima carica e scarica si nel processo produrrà un gran numero di nanofili nei pori, in modo che il si nanofili volume aumenta del 40% dopo un solo ciclo, Emily R. Adkins visti questo proposito SiOx superficiali ed interne limiti di nanofili si foro difetto migrazione alla superficie, provocando di continuare a crescere e la nucleazione è formata all'interno dei pori, invece di SiOx, si durante l'inserimento di litio materiale espansione volumetrica diversa correlati.
nanofili Si sono usati nell'esperimento da fluido supercritico - un metodo per ottenere un solido (SFLS), poi trattata termicamente a 800 ℃, ed avente uno spessore di circa 10 nm di strato di ossido nello strato superficiale di nanofili di Si (figura seguente - Liquid mostrato).
Successivamente, è stato osservato Emily R. Adkins metodo situ TEM di nanofili di Si e litio delithiated durante la deformazione, e l'immagine mostra il litio delithiated Si nanofili immagine TEM diverso tempo situ di , si può vedere dalla procedura di inserimento litio figura iniziando con la superficie dei nanofili di si, e poi diffusa al nucleo del nanofilo. munito di livelli crescenti di litio, nanofili di si nella direzione longitudinale del diametro e sono state sottoposte volume significativo estesa, l'espansione del volume finale raggiunge circa 130%, molto volume teorico di espansione inferiore a 300% ha mostrato superficie di ossido di nanofili Si impedisce il Si completamente litio, così da sopprimere efficacemente il volume del materiale durante l'espansione Si inserzione di litio .
D dalla figura si può vedere un gran numero di pori prodotte nelle nanofili Si durante la rimozione di litio, lo stesso fenomeno è anche nel rivestimento della superficie di SiOx Si nanoparticelle osservato, a causa della presenza di micropori , anche se il volume di si nanofili completamente fuori litio è ancora un aumento del 40% rispetto all'originale. è interessante notare che questi micropori spariranno nuovamente nel processo di litio, di nuovo, ma dopo ancora apparire, ma questi pori rispetto al volume occupato dopo il primo litiazione aumenterà ulteriormente al 25% in volume.
La figura seguente mostra un processo di Si nanofili di litio a causa di espansione del volume di nanofili di Si è troppo grande (270%), che causa lo strato interno totali SiOx durante rottura si verifica, lo scarico in questo caso non compare nei nanofili Si micropori, mentre se la superficie del Si nanofili nessuno strato di SiOx, Si nanofili micropori interni non compaiono dopo delithiation.
Dopo Generalmente, poiché Li velocità di diffusione lenta dentro il Si, generalmente non formano micropori, pori prodotto solo fenomeno appaiono in qualche scena veloce diffusione Li, come nanofili Ge o trattamenti doping i nanofili si su si barriera trasporto di lacune nanofili è di circa 0,45 eV, e la migrazione di Li nel amorfo nei capelli barriera (0.47eV) così vicino al foro è generalmente formato prima calcoli mostrano micropori che si diffonda nella superficie dei nanofili di si, ma se lo strato rivestito di SiOx si superficie nanofili diventa molto differente, il trasporto di lacune nella barriera SiOx raggiunge 0,72 eV, se la reazione con Li SiOx generando un silicato di litio e di altri prodotti, in cui la mobilità foro della barriera sarà ulteriormente aumentata, purtroppo abbiamo osservato per strato SiOx TEM al processo di carica-scarica non partecipa alla reazione per produrre Li2Si2O5, Li4SiO4, Li2O , si LixSi e altri prodotti, che aumenta notevolmente la difficoltà nei fori di diffusione SiOx nanofili, così un gran numero di fori saranno accumulati nell'interfaccia si / SiOx, e nucleazione e crescita, diventa microporosa, con l'interfaccia Il numero di micropori aumenta, la nucleazione dei micropori Lungo sarà il nucleo verso le diffondenti nanofili di Si, formando un gran numero di micropori nel nanofilo interno Si, Si nanofili volume risultante delithiated non può essere ripristinato allo stato originale e perché il Si nanofili tra l'alloggiamento e SiOx Espansione del volume diversa genererà anche stress all'interno del nanofilo di Si, che promuove ulteriormente la formazione e la crescita dei micropori.
Studi Emily R. Adkins indicano che sebbene i nanofili di Si rivestiti con uno strato di ossido superficiale possono essere ben soppressi litio inserto in volume durante l'espansione di nanofili di Si, ma anche provocare processo di carica-scarica in nanofili forma micropori Si, con conseguente I nanofili di Si mantengono ancora una notevole espansione di volume dopo la delitizzazione, che è considerata nella progettazione dei successivi nanofili di Si.
