來源：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)  

技術(shù)領(lǐng)域：鋰離子電池負(fù)極材料

開發(fā)單位：清華大學(xué)化學(xué)工程系 魏飛

技術(shù)突破：通過兩步過程提出了一種雙殼涂層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，800次循環(huán)后，化合物的初始放電容量為1624.7mAhg-1，首次庫侖效率為81.2%，容量保持率為89.5%，在10g-1時(shí)可逆容量為949.7mAhg-1。

文章名稱：Zhexi Xiao, Fei Wei, et al.TiO2 as a multifunction coating layer to enhance the electrochemical performance of SiOx@TiO2@C composite as anode material. Nano Energy, 2020, 77, 105082.

應(yīng)用價(jià)值：本研究為鋰離子電池表面涂層和高性能負(fù)極材料的研制提供新的技術(shù)思路。

發(fā)展高性能電極材料用以滿足下一代鋰離子電池對(duì)于高能量密度方面的需求，已經(jīng)成為了世界范圍內(nèi)的焦點(diǎn)問題。硅因其最高的理論容量及較合適的工作電壓被認(rèn)為是最有潛力的一類負(fù)極材料。然而，顯著的體積膨脹、與電解液發(fā)生嚴(yán)重的副反應(yīng)極大阻礙了硅負(fù)極的商業(yè)化進(jìn)程。一氧化硅作為硅負(fù)極的改進(jìn)材料，與硅相比化學(xué)性質(zhì)大幅度改善，并具有更低的體積膨脹率，成為了替代硅負(fù)極的優(yōu)選材料。然而，SiOx材料在實(shí)際應(yīng)用中主要有兩個(gè)關(guān)鍵問題需要解決。一是體積膨脹不可忽視，導(dǎo)致電接觸變差及顆粒粉化。另一方面是電極與電解液界面在工作電壓下的非電化學(xué)穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致固體電解質(zhì)膜的不可控生長，造成的高電子離子傳輸阻力顯著影響循環(huán)及倍率性能。表面涂層是解決上述關(guān)鍵問題的最普遍的策略。

圖1 SiOx@TiO2@C復(fù)合物的制備及循環(huán)特性

清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)通過兩步過程提出了一種雙殼涂層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(表示為SiOx@TiO2@C)。通過引入高質(zhì)量的銳鈦酶相TiO2層，實(shí)現(xiàn)了界面高度穩(wěn)定，降低了復(fù)合材料對(duì)電子和離子擴(kuò)散的抵抗力。800次循環(huán)后，初始放電容量為1624.7mAhg-1，首次庫侖效率(ICE)為81.2%，容量保持率為89.5%，在10g-1時(shí)可逆容量為949.7mAhg-1。全尺寸電池組的初始區(qū)域容量為2.6mAhcm-2，ICE高于90%。能量勢壘高約1.5倍，說明TiO2層對(duì)副反應(yīng)有阻斷作用。累積焓降低近4倍，說明銳鈦酶相TiO2層對(duì)熱穩(wěn)定性有積極作用。

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