为高性能离子电池设计低应变Si@TiSi2@NC复合材料
Wen Zhang1, Wanming Li1, Siwei Gui1
1State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology, Department of Mechanics, School of Aerospace Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430074, China.
ACS applied materials & interfaces
|May 7, 2024
概括
工程-二氧化碳-碳复合材料 (Si@TiSi2@NC) 通过最大限度地减少体积膨胀,显著改善离子电池阳极,提高稳定性和性能,用于下一代储能.
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:
- 阳极为离子电池 (LIB) 提供了高的理论容量,但在循环过程中会出现显著的体积变化.
- 这种体积膨胀/收缩导致粒子裂变和粉碎,限制了在LIBs中的实际应用.
- 开发低张力,稳定的基于的复合材料对于推进LIB技术至关重要.
研究的目的:
- 为LIB阳极设计一种新的低应变和高度稳定的基于的复合材料.
- 为了应对阳极体积膨胀,裂和粉碎的挑战.
- 为了提高阳极的电化学性能和循环稳定性.
主要方法:
- 制造Si@TiSi2@NC复合物,通过通过高温化在 (Si) 颗粒上制造一个二氧化 (TiSi2) 接口.
- 引入一个最外围的碳 (C) ,形成Si@TiSi2@NC结构.
- 作为LIBs中的阳极材料的Si@TiSi2@NC复合物的电化学表征,并在全细胞配置中进行评估.
主要成果:
- 通过在化/脱过程中抑制应力/应变,TiSi2接口有效地减轻了颗粒破裂和粉碎.
- Si@TiSi2@NC电极表现出高的初始可逆容量 (2172.7 mAh g-1 在0.2 A g-1) 和出色的速率能力 (1198.4 mAh g-1 在2.0 A g-1).
- 实现了特殊的长期循环稳定性 (847.0mAhg-1在2.0Ag-1的1000个循环后),在160个循环后,一个完整的细胞保留了90.1%的容量.
结论:
- 设计的Si@TiSi2@NC复合材料为高性能和稳定的离子电池提供了一个有前途的低应变阳极材料.
- TiSi2接口在增强结构完整性和电化学运输方面发挥着至关重要的作用.
- 这种复合材料大大克服了传统阳极的局限性,为先进的储能解决方案铺平了道路.
