Com o lítio ião energia da bateria requisitos de densidade de continuar a aumentar, o material de eléctrodo negativo de grafite convencional tem sido difícil de satisfazer as necessidades de baterias de iões de lítio de alta energia, enquanto o material de eléctrodo negativo Si capacidade reversível atinge 4200mAh / g (Li4.4Si), planalto tensão grafite materiais estão em proximidade, é um material de eléctrodo negativo escolha ideal, mas a expansão do volume do material do eléctrodo negativo Si durante lítio até 300%, enquanto que o Si nanofios ano para tecnologias emergentes, como material de Si em capaz de resistir a uma expansão de volume tão grande sem sofrer Em pó e quebrado, mas a expansão de volume repetida ainda faz com que o material ativo perca a conexão com a rede condutora, causando perda de material ativo.
Si é um método eficaz de revestir a superfície de uma expansão de volume de nanoestrutura de assentamento, por exemplo, utilizando um material de SiOx, Al2O3, TiO2 e semelhantes no Si nanofios revestidos com um tratamento de superfície pode aumentar a estabilidade estrutural do Si nanofios nomeadamente SiOx revestido processo é relativamente simples, simplesmente por Si tratamento de oxidação superfície nanofio podem ser obtidos nanofios Si SiOx revestidos, a análise TEM demonstrou também que, a camada de SiOx superfície pode também suprimir a expansão do volume de nanofios de Si, e, portanto, é revestido SiOx Uma maneira muito ideal para tratar os nanofios de Si.
Mas a observação TEM situ, Universidade do Texas em Austin Emily R. Adkins (primeiro autor) e Brian A. Korgel (autor correspondente) descobriram que o uso de SiOx tratamento de revestimento de Si nanofios na primeira carga e descarga Si no processo irá produzir um grande número de nanofios nos poros, de modo que o Si nanofios aumenta de volume em 40%, após apenas um ciclo, Emily R. Adkins visto este respeito limites superficiais e internas SiOx de nanofios Si Os defeitos do orifício migram para a superfície, causando a nucleação interna e continuam a crescer para formar microporos, por outro lado, também estão relacionados à diferente expansão de volume dos materiais SiOx e Si durante a inserção do lítio.
nanofios Si são utilizados na experiência pelo fluido supercrítico - um método de obtenção de um sólido (SFLS), em seguida tratado termicamente a 800 ℃, e que tem uma espessura de cerca de 10 nm de camada de óxido na camada superficial de nanofios Si (segundo a figura - Líquido Mostrar).
Em seguida, foi observada Emily R. Adkins TEM método in situ de nanofios de Si e lítio delithiated durante a deformação, e a imagem mostra o lítio delithiated nanofios Si imagem TEM diferente tempo-situ de , pode ser visto a partir de processo de inserção de lítio FIG começando com a superfície dos nanofios de Si, e, em seguida, se espalhar para o núcleo do nanofio. equipado com níveis crescentes de lítio, nanofios Si na direcção longitudinal do diâmetro e foram submetidos a um volume significativo expandido, a expansão do volume final, atinge cerca de 130%, muito de volume teórico de expansão menor do que 300% mostrou superfície de óxido de Si do nanofio impede o Si completamente de lítio, de modo a suprimir eficazmente o volume do material de Si em expansão durante a inserção de lítio .
D a partir da figura pode ser visto um grande número de poros produzidos nas nanofios Si durante a remoção de lítio, o mesmo fenómeno é também na superfície de revestimento de SiOx Si nanopartículas observado, devido à presença de microporos Mesmo após a completa delitiation, o volume de nanofios de Si ainda é 40% maior que o original.Isto interessante é que esses microporos desaparecerão durante a re-intercalação do lítio, mas ainda aparecerão após a delitiação novamente, mas esses microporos O volume ocupado é aumentado em 25% em relação ao volume após a primeira inserção de lítio.
A figura seguinte mostra um processo de nanofios Si de lítio, devido a expansão do volume de nanofios Si é demasiado grande (270%), o que faz com que a camada interna de superfície SiOx durante a quebra ocorre, a descarga, neste caso, não aparecem nos nanofios Si Microporos, e se não houver camada de SiOx na superfície do nanofio de Si, os microporos não aparecerão dentro do nanofio de Si após a delitiação.
Depois de um modo geral, uma vez que Li taxa de difusão mais lenta no interior do Si, geralmente não formam microporos, poros produzidos único fenómeno a aparecer em uma cena rápida difusão Li, tais como nanofios de Ge ou tratamento dopagem os nanofios de Si sobre barreira transporte furo nanofio Si é de cerca de 0,45 eV, e a migração de Li no Si amorfo no cabelo barreira (0.47eV) tão perto do orifício é geralmente formada antes de cálculos mostram microporos que irá difundir-se na superfície dos nanofios Si, mas se a camada revestida de superfície nanofio SiOx Si torna-se bastante diferente, o transporte de lacunas na barreira SiOx atinge 0,72 eV, se a reacção com Li SiOx geração de um silicato de lítio e outros produtos, em que a mobilidade do furo da barreira vai ser ainda mais aumentada, infelizmente, foi observada por tEM camada de SiOx para o processo de carga-descarga não participa na reacção para produzir Li2Si2O5, Li4SiO4, Li2O , Si LixSi e outros produtos, o que aumenta grandemente a dificuldade dos orifícios de difusão SiOx nanofios, assim, um grande número de furos vai ser acumulada na interface Si / SiOx, e a nucleação e crescimento, torna-se microporosa, com a interface O número de microporos aumenta, a nucleação de microporos Tempo o núcleo para os nanofios de difusão de Si, a formação de um grande número de microporos na nanofio interno Si, Si nanofios volume resultante delithiated não pode ser restaurada para o estado original e porque o Si nanofios entre o alojamento e SiOx A expansão de volume diferente também gerará estresse dentro do nanofio de Si, que promove ainda mais a formação e o crescimento de microporos.
estudos Emily R. Adkins indicam que, embora os nanofios Si revestidas com uma camada de óxido da superfície pode ser suprimido bem inserção de lítio em volume durante a expansão de nanofios Si, mas também resultar no processo de carga-descarga dos nanofios formam microporos Si, resultando em Os nanofios de Si ainda mantêm uma considerável expansão de volume após a delitização, que é considerada no projeto dos subsequentes nanofios de Si.
