对SiO2压力对Si阳极电化学性能的影响的洞察
Yanbin Wei1, Zhexi Xiao1, Yudai Huang2
1Beijing Key Laboratory of Green Chemical Reaction Engineering and Technology, Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|December 17, 2023
概括
离子电池的阳极看起来很有希望,但受到体积膨胀的影响. 这项研究引入了一种新的SiO2涂层,可以显著提高稳定性和循环性能,克服关键的商业化障碍.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- (Si) 是下一代离子电池 (LIB) 阳极的主要候选者,因为它的理论容量很高.
- 阳极的主要限制是循环过程中体积的显著扩张,导致结构完整性差,容量减弱.
- 制定减轻体积扩张的策略对于实现基于Si的LIB至关重要.
研究的目的:
- 研究使用SiO2涂层对阳极的机械增强和电化学稳定.
- 探索SiO2对LIBs中Si阳极性能的应力影响.
- 为改善基于Si的阳极材料的机械稳定性和电化学性能提供见解.
主要方法:
- 使用SiO2模板和HF蚀刻,制造一个有黄皮结构的化碳涂层Si@SiO2复合材料.
- 在现场测量厚度,以量化充放电周期期间的体积膨胀.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以评估机械性能 (斯模量,硬度).
- 循环后电极分析以检查结构完整性和固体电解质间相 (SEI) 形成.
主要成果:
- Si@SiO2@void@NC复合材料表现出卓越的循环稳定性,在1000个循环后保持高可逆容量577mAhg-1在1Ag-1.
- 在现场测量证实,SiO2涂层有效地减少了Si阳极的体积膨胀.
- DFT的计算表明,SiO2涂层增强了复合材料的机械增强.
- 循环后分析显示,结构完整性得到改善,SEI层更加稳定,富含无机物.
结论:
- SiO2涂层有效地减轻了阳极的体积膨胀,大大提高了它们的循环稳定性和寿命.
- 二氧化外提供的机械增强和内部应力效应有助于提高电化学性能.
- 这种方法提供了一个有前途的策略,用于开发强大的高性能阳极,用于先进的LIB.
