Ânodo Nano-Si revestido com carbono dopado com F com alta capacidade

Revestido com carbono dopado com F Ânodo Nano-Si com Alta Capacidade: Preparação por Fluoração Gasosa e Desempenho para armazenamento de lítio

Autor: SU Nan, QIU Jieshan, WANG Zhiyu. Dopado com F Ânodo Nano-Si Revestido com Carbono com Alta Capacidade: Preparação por Fluoração Gasosa e desempenho para armazenamento de lítio. Jornal de Materiais Inorgânicos, 2023, 38(8): 947-953 DOI:10.15541/jim20230009

Resumo

Os ânodos de Si possuem imenso potencial no desenvolvimento de íons de lítio de alta energia baterias. Mas a falha rápida devido à enorme mudança de volume na absorção de Li impede sua aplicação. Este trabalho relata uma fluoração de gás fácil, mas pouco tóxica maneira de produzir materiais anódicos de nano-Si revestidos com carbono dopados com F. Revestimento de nano-Si com carbono dopado com F contendo altos defeitos pode proteger efetivamente o Si da enorme mudança de volume no armazenamento de Li, ao mesmo tempo que facilita o transporte de Li+ e formação de interfase eletrolítica sólida rica em LiF estável (SEI). Este ânodo exibe altas capacidades de 1540-580 mAh·g-1 em vários taxas atuais de 0,2-5,0 A·g-1, mantendo 75% da capacidade após 200 ciclos. Este método também aborda as questões de alto custo e toxicidade das técnicas tradicionais de fluoração que utilizam flúor fontes como XeF2 e F2.

Palavras-chaveï¼ Bateria de íon-lítio; ânodo de Si; carbono dopado com F; fluoração gasosa método

Desenvolvendo armazenamento eficiente de energia e as tecnologias de conversão ajudarão a atingir a meta de “pico de carbono e neutralidade de carbonoâ. As baterias de íons de lítio são atualmente uma das mais amplamente utilizou tecnologias de armazenamento de energia de alta eficiência [1]. No entanto, comercial ânodos de grafite têm baixa capacidade de armazenamento de lítio, o que limita bastante a densidade de energia de baterias de íon-lítio [2]. O silício tem as vantagens de baixo reservas potenciais e abundantes, e sua capacidade específica teórica (4200 mAh·g-1) é muito maior que o do ânodo de grafite, por isso é considerado um material anódico candidato para substituir o grafite [3]. Os materiais de silício alcançam armazenamento de lítio baseado na reação de liga reversível com íons de lítio, mas este processo é acompanhado por enormes mudanças de volume (~400%), o que leva a rápida formação de pó e falha do eletrodo, tornando-se um gargalo importante restringindo a aplicação prática de ânodos de silício [3-4].

Nos últimos anos, os pesquisadores têm desenvolveu uma variedade de estratégias para melhorar a estabilidade e eletroquímica Desempenho de ânodos de silício. Tais como: nanometrização [5], estrutural composto com carbono condutor e outros materiais [6-7], etc. estabilidade estrutural do ânodo de silício, aliviando o estresse mecânico associado à expansão do volume do armazenamento de lítio no microscópio escala. Desenvolver novos eletrólitos ou aditivos eletrolíticos para melhorar a estabilidade e eficiência coulombiana da fase de interface do eletrólito sólido (SEI) na superfície do ânodo de silício [8]. Desenvolva polímero eficiente ligantes (como carboximetilcelulose de sódio, alginato de sódio, poliacrílico polirotaxano à base de ácido [9], etc.). Fortalecer a força de ligação entre ativos materiais, entre materiais ativos e rede condutora, e entre filme de eletrodo e coletor de corrente [9-10]. Entre eles, o revestimento de carbono é um dos meios mais eficazes para melhorar a estabilidade estrutural dos ânodos de silício e modular propriedades de superfície e interface [3-4,11]. No entanto, o firmemente camada de carbono revestida altamente estável também dificulta o transporte de íons de lítio e limita o desempenho total do ânodo de silício.

Além disso, o volume repetido mudanças do ânodo de silício durante o processo contínuo de carga e descarga também faz com que o filme SEI se quebre continuamente e cresça repetidamente, resultando em a perda contínua de lítio ativo e eletrólito na superfície do eletrodo [12]. Em resposta aos problemas acima, este estudo propõe uma solução eficiente método de fluoração em fase gasosa para revestir a superfície do material do ânodo de silício com uma camada de carbono amorfo altamente defeituosa rica em elementos de flúor para melhorar sua estrutura e estabilidade de interface. Comparado com o tradicional tecnologia de fluoração que utiliza fontes de flúor de alto custo e altamente tóxicas como XeF2 ou F2 [13], esta estratégia é mais simples e menos tóxica. O camada de carbono dopada com flúor que reveste a superfície de materiais de nano-silício pode amortece efetivamente a expansão de volume de ânodos de silício incorporados em lítio ao mesmo tempo que melhora as capacidades de transporte de íons de lítio. E um SEI altamente estável filme rico em fluoreto inorgânico é construído in situ para atingir o objetivo de melhorando a estabilidade do ciclo do ânodo de silício.

1 Método experimental

1.1 Preparação do material

Preparação de revestimento de carbono nano-silício (Si@C):0,3 g de nanosílica comercial pó (tamanho de partícula 20 ~ 100 nm, reagente de Aladdin) foi ultrassonicamente disperso em 28 mL de um solvente misto de água deionizada e etanol (volume proporção 5:2). Após adicionar 0,4 mL de 3-aminopropiltrietoxissilano, agitar por 2 h para formar uma dispersão uniforme A. Dissolva 0,115 g de 4,4-dihidroxidifenil sulfeto e 0,1 g de 3-aminofenol em 28 mL de um solvente misto de deionizado água e etanol (proporção em volume 5:2) para formar uma solução homogênea B. Misture dispersão A e solução B uniformemente, adicione 0,1 mL de água com amônia, agite por 30 min, em seguida, adicione 0,14 mL de solução de formaldeído (37% ~ 40%) e reaja com constante agitação a 30°C durante 12 h. Após a reação, o produto revestido com resina fenólica nanosílica (Si@AF) foi obtida por centrifugação e lavagem com etanol e água deionizada alternadamente três vezes. Foi calcinado em gás argônio a 800 °C por 3 h para obter nano-silício revestido de carbono (Si@C).

Preparação de dopado com flúor nano-silício revestido de carbono (Si@C-F):100 mg Si@C e 200 mg fluoreto de polivinilideno (PVDF) foram colocados em um forno tubular protegido com argônio. O barco de quartzo contendo PVDF está localizado a montante do fluxo de ar, e o barco de quartzo contendo Si@C está localizado a jusante do fluxo de ar. Está assado a 600 °C durante 3 h para obter nano-silício revestido com carbono dopado com flúor (Si@C-F).

1.2 Montagem da bateria e testes de desempenho eletroquímico

1.2.1 Montagem da bateria

Monte a bateria tipo botão CR2016 para teste. Misture o material ativo, negro de fumo condutor e aglutinante de sódio carboximetilcelulose uniformemente em uma proporção de massa de 7:2:1. Deionizado água foi adicionada como solvente e dispersante, e a pasta obtida foi uniformemente revestido na folha de cobre como eletrodo de trabalho. O material ativo a carga foi de 0,8~1,0 mg·cm-2. Folhas metálicas de lítio foram usadas como contador eletrodos e eletrodos de referência. O eletrólito é uma solução DOL/DME dissolvido em 1,0 mol/L LiTFSI (imida bistrifluorometanossulfonato de lítio) e 2,0% LiNO3 (DOL é 1, 3-dioxolano, DME é éter dimetílico de etilenoglicol, volume proporção 1:1). Monte a célula em um porta-luvas cheio de argônio (conteúdo de água <0,1 Î1⁄4L/L, teor de oxigênio <0,1 Î1⁄4L/L).

1.2.2 Teste de desempenho da bateria

Use o eletroquímico IVIUM Vertex.C.EIS estação de trabalho para analisar o mecanismo de reação e a cinética da reação do bateria usando o método Voltametria Cíclica (CV). A faixa de tensão é 0,01 ~ 1,5 V, e a taxa de varredura é de 0,05~0,5 mV·s- 1. Impedância Eletroquímica A espectroscopia (EIS) foi utilizada para analisar a dinâmica dos eletrodos. A frequência de teste a faixa foi de 100 kHz ~ 10 mHz e a amplitude da tensão de perturbação foi de 5,0 mV. O testador de bateria Land CT2001A foi usado para estudar o desempenho do armazenamento de lítio usando o método de carga e descarga de corrente constante. A janela de tensão foi 0,01~1,5 V (vs. Li/Li+), e a densidade de corrente foi de 0,2~5,0 A·g-1.

2 Resultados e discussão

2.1 Análise de aparência, estrutura e composição de materiais

O processo de preparação de materiais de nano-silício revestidos com carbono dopados com flúor são mostrados na Figura 1. Primeiro, nanopartículas de silício revestidas com polímero (Si@AF) são preparadas com base em reação de polimerização por condensação de fenol-aldeído e convertida em nanopartículas amorfas de nano-silício revestidas com carbono (Si@C) em alta temperatura. Então fluoreto de polivinilideno é usado como fonte de flúor, e o flúor é dopado na camada de carbono fora das nanopartículas de silício através da fase gasosa método de fluoração em alta temperatura. A Figura 2 (a) mostra os padrões de XRD de Materiais Si@C e Si@C-F. Picos de difração localizados em 2θ=28°, 47°, 56°, 69° e 76°. Eles correspondem ao cristal (111), (220), (311), (400) e (331) planos de silício monocristalino (JCPDS 77-2108), respectivamente. O amplo pico localizado em 2θ=25°~26° é atribuído à estrutura de carbono ordenada de curto alcance formada pela carbonização do produto de polimerização por condensação fenólica. O camada de revestimento de carbono com alta condutividade e excelente flexibilidade estrutural pode efetivamente aliviar a falha de pulverização de materiais de silício durante o processo de carga e descarga e melhora a condutividade do eletrodo. A Figura 2 (b) é o espectro Raman de materiais Si@C e Si@C-F, com óbvio picos de absorção aparecendo em 515, 947, 1350 e 1594 cm-1. Entre eles, o picos de absorção em 515 e 947 cm-1 são os picos característicos de silício cristalino, que são derivados do fotofonon de primeira ordem espalhamento e espalhamento fotofônico transversal de segunda ordem do silício respectivamente [14]. Os picos de absorção em 1350 e 1594 cm-1 correspondem ao vibração de alongamento da configuração de carbono aromático (modo G) e o desordenado estrutura de carbono defeituosa (modo D), respectivamente. De um modo geral, o relação de intensidade do modo D e modo G (ID/IG) pode ser usada para medir o grau de defeitos e desordem de materiais de carbono [15]. Comparado com material Si@C (ID/IG=0,99), o ID/IG do material Si@C-F aumenta para 1,08. Mostra que o o processo de fluoração pode aumentar os defeitos da camada de revestimento de carbono, o que é benéfico para revestir firmemente o nano-silício enquanto melhora o íon de lítio capacidades de transporte.

Fig. 1 Ilustração esquemática da produção de Si@C-F

Fig. 2 (a) padrões de XRD, (b) espectros Raman, (c) XPS varredura de pesquisa, (d) espectros F1s de alta resolução e (e) Si2p XPS de Si@C e Si @ CF, (f) Curva TGA de Si @ CF

O espectro completo do XPS mostra que o O material Si@C contém elementos O, N, C e Si (Figura 2 (c)). O atômico fração do elemento F no material Si@C-F obtido após fluoração o tratamento é de aproximadamente 1,8%. No espectro XPS F1s de alta resolução (Figura 2 (d)), os dois picos característicos na energia de ligação de 686,3 e 687,8 eV correspondem a CF e Si-O-F respectivamente, e CF é o dominante um. Isso mostra que o tratamento de fluoração introduziu com sucesso o flúor elemento na camada de carbono amorfo revestida na superfície do nano-silício. O Os espectros Si2p de alta resolução (Figura 2 (e)) e F1s XPS provam que os átomos de Si interagir quimicamente com o elemento F na camada de carbono formando Si-O-F ligações, o que é benéfico para o revestimento firme da camada de carbono no superfície de silício. A análise termogravimétrica (TGA) mostra que a fração de massa de Si no material Si@C-F é de aproximadamente 85,17% (Figura 2(f)).

A análise SEM mostra que o Si@C-F o material é composto por nanopartículas com tamanho <100 nm (Figura 3 (a ~ c)). Após a carbonização em alta temperatura e o tratamento de fluoração em fase gasosa, o material de carbono ainda é revestido uniformemente na superfície das nanopartículas de silício.

Fig. 3 (a-c) imagens SEM, (d-f) imagens TEM e (g-i) mapeamento elementar de Si@C-F

A análise TEM mostra que o silício nanopartículas são completa e uniformemente revestidas por uma camada de carbono com uma espessura de cerca de dez nanômetros, formando uma estrutura núcleo-casca (Figura 3(d~e)). As nanopartículas de silício possuem uma estrutura cristalina única, na qual o espaçamento de rede de 0,328 nm corresponde ao (111) plano cristalino de Si, e a camada de carbono dopada com flúor que o cobre tem uma estrutura amorfa (Figura 3(f)). O espectro de distribuição de elementos prova que os elementos C e Si são distribuído uniformemente em Si@C-F (Figura 3(g~i)).

2.2 Propriedades eletroquímicas de materiais

A Figura 4 (a, b) é a curva CV dos materiais anódicos Si@C e Si@C-F. A velocidade de varredura é de 0,1 mV·s-1 e a faixa de tensão é de 0,01~1,5 V. No primeiro ciclo, o pico amplo fraco na faixa de 0,1 ~ 0,4 V corresponde ao processo irreversível de decomposição de eletrólitos para formar um filme SEI; o pico de redução em 0,01 V corresponde ao processo de silício cristalino formando liga de silício-lítio (LixSi) por meio de reação de liga. Durante o subsequente processo de carregamento, os dois picos de oxidação em 0,32 e 0,49 V correspondem ao processo de desligação de LixSi para formar silício amorfo [16]. Fluoração o tratamento pode alcançar efeitos estruturais de dopagem e corrosão. Um grande número de defeitos estruturais são introduzidos na camada de carbono amorfo revestida no superfície do material de Si para formar um transporte tridimensional de íons de lítio canal, acelerar o transporte de íons de lítio e melhorar o eletroquímico reatividade do material Si. Portanto, Si@C-F exibe um valor mais nítido pico de oxidação de delitiação a 0,49 V do que o ânodo Si@C sem flúor doping. Durante o processo de descarga subsequente, o novo pico de redução foi de 0,19 V corresponde ao processo de inserção de lítio do silício amorfo formado durante o primeiro processo de carregamento [16-17]. À medida que o número de ciclos aumenta, as posições do pico de oxidação e do pico de redução na curva CV não mudança mais longa, indicando que os materiais do ânodo Si@C e Si@C-F seguem um comportamento semelhante mecanismo de armazenamento de liga de lítio após a primeira carga e descarga. Durante este processo, o pico de oxidação e o pico de redução aumentaram gradualmente, refletindo um processo típico de ativação de eletrodo.

Fig. 4 (a, b) Curvas CV a uma taxa de varredura de 0,1 mV·s-1 e curvas de tensão de carga-descarga em (c, d) 0,2 e (e, f) 0,4 A·g-1 para (a, c, e) Si@C e (b, d, f) Si@C-F ânodos

Na carga de corrente constante e teste de descarga, o material do ânodo de Si foi ciclado e ativado 4 vezes em um menor densidade de corrente (0,2 A·g-1), e então sua estabilidade de ciclo foi testada em uma densidade de corrente de 0,4 A·g-1. A Figura 4 (c, d) mostra a carga galvanostática e curvas de descarga dos ânodos Si@C e Si@C-F a 0,2 A·g-1, e a tensão janela é de 0,01 ~ 1,5 V. Durante o primeiro processo de descarga, ambos formaram um longo plataforma na faixa de tensão <0,1 V, correspondente ao processo de inserção de lítio na liga de silício cristalino. Este processo é frequentemente acompanhado por uma baixa eficiência coulombiana. Durante o primeiro processo de carregamento, a liga silício-lítio é delitiada e transformada em silício amorfo com menor energia de ativação para inserção de lítio [18], fazendo com que o potencial de inserção de lítio aumente para 0,1 ~ 0,3 V após a primeira carga e descarga. Comparado com Si@C, a capacidade específica da primeira descarga (2640 mAh·g-1) do ânodo Si@C-F é ligeiramente menor. Contudo, a primeira capacidade específica de carga (1739,6 mAh·g-1) é maior, e a primeira eficiência coulombiana (65,9%) é cerca de 45,8% maior que a do ânodo Si@C. A curva de carga-descarga da região SEI do eletrodo negativo Si@C-F é mais curta que a do Si@C, indicando que um filme SEI mais estável é formado na superfície. Isso ocorre porque a camada de carbono dopada com flúor é propícia à indução da formação de um filme SEI contendo componentes inorgânicos (como LiF) e maior estabilidade na superfície do ânodo de silício, reduzindo assim a perda irreversível de lítio e o consumo de eletrólito [19].

A Figura 4(e~f) mostra as curvas de carga e descarga de Si@C e Eletrodos negativos Si@C-F a uma densidade de corrente de 0,4 A·g-1 após ativação. Após 100 ciclos, o ânodo Si@C-F ainda pode manter uma alta capacidade específica de 1223 mAh·g-1, com taxa de retenção de capacidade 85% (Figura 5(a)). Sob nas mesmas condições, a capacidade do eletrodo negativo Si@C sem o tratamento de fluoração decaiu rapidamente durante o processo de carga e descarga, e a taxa de retenção de capacidade após 100 ciclos foi de apenas 62%. Isso mostra que a camada de revestimento de carbono dopado com flúor tem um efeito significativo na melhoria a estabilidade do ciclo do ânodo de silício. Comercial ânodos de nano-silício sem revestimento de carbono falharão após mais de 10 ciclos devido à enorme expansão de volume e pulverização estrutural durante o desintercalação de lítio. Durante este processo, a capacidade específica de Eletrodos negativos Si@C-F e Si@C aumentam gradualmente nos primeiros 10 a 20 ciclos devido ao efeito de ativação. Com uma grande densidade de corrente de 0,2 ~ 5,0 A·g-1, o ânodo Si@C-F pode manter uma alta capacidade específica de 1540~580 mAh·g-1, apresentando excelente retenção de capacidade (Figura 5(b)). Em alta corrente densidade de 5,0 A·g-1, sua taxa de retenção de capacidade é aproximadamente 78% maior do que Si@C. Quando a densidade de corrente é ainda mais reduzida para 0,2 A·g-1, a capacidade específica pode ser restaurada para 1450 mAh·g-1, indicando que sua a estrutura é altamente estável durante o armazenamento de lítio de alta taxa. Depois de 200 ciclos de carga-descarga a uma densidade de corrente de 0,2 A·g-1, o ânodo Si@C-F pode manter uma capacidade específica de 75%. A taxa de retenção de capacidade do O ânodo Si@C sem tratamento de fluoração é de apenas 40% (Figura 5 (c)). Este ânodo também mostra melhor desempenho de armazenamento de lítio do que o material do ânodo de silício relatado na literatura (Tabela 1).

Fig. 5 (a) Estabilidade de ciclagem a uma densidade de corrente de 0,4 A·g-1 com ânodos ativados por 4 ciclos a 0,2 A·g-1 antes do ciclo e (b) capacidade de taxa em várias densidades de corrente variando de 0,2 a 5,0 A·gâ1 e (c) retenção de capacidade a uma densidade de corrente de 0,2 A·g-1 para armazenamento de lítio em ânodo Si@C e Si@C-F

Tabela 1 Comparação do ânodo Si@C-F com relatou ânodo à base de Si em desempenho eletroquímico

Em alta corrente densidade de 5,0 A·g-1, sua taxa de retenção de capacidade é aproximadamente 78% maior do que Si@C. Quando a densidade de corrente é ainda mais reduzida para 0,2 A·g-1, a capacidade específica pode ser restaurada para 1450 mAh·g-1, indicando que sua a estrutura é altamente estável durante o armazenamento de lítio de alta taxa. Depois de 200 ciclos de carga-descarga a uma densidade de corrente de 0,2 A·g-1, o ânodo Si@C-F pode manter uma capacidade específica de 75%. A taxa de retenção de capacidade do O ânodo Si@C sem tratamento de fluoração é de apenas 40% (Figura 5 (c)). Este ânodo também mostra melhor desempenho de armazenamento de lítio do que o material do ânodo de silício relatado na literatura (Tabela 1). A quantidade de dopagem com flúor no revestimento camada de carbono tem um impacto significativo no desempenho de armazenamento de lítio do Ânodo Si @ CF. Quando a quantidade de dopagem com flúor está abaixo de 1,8% da fração atômica, a estabilidade do ciclo do ânodo Si@C-F melhora significativamente à medida que o a quantidade de dopagem com flúor aumenta (Figura 6). Isto é devido ao efeito aprimorado do dopagem com flúor nas propriedades de transporte de íons de lítio do carbono camada de revestimento e a estabilidade do filme SEI na superfície do silício material. Quando a taxa de dopagem com flúor é muito alta (2,7%), o revestido de carbono O material do ânodo de Si ainda mantém boa estabilidade do ciclo, mas o a capacidade específica cai significativamente. Isto é devido à perda de Si ativo causada pela gravação de espécies de flúor em fase gasosa durante altas temperaturas fluoração. Quando a quantidade de dopagem com flúor é de 1,8 por cento atômico, o Si@C-F o ânodo exibe estabilidade de ciclo ideal e alta capacidade específica.

Fig. 6 Estabilidade de ciclo de ânodos Si@C-F com diferentes Razões F a uma densidade de corrente de 0,4 A·g-1 com ânodos ativados por 4-10 ciclos a 0,2 A·g-1 antes do ciclo

Os espectros EIS de Si@C e Si@C-F os ânodos consistem em curvas de semiarco na região de média a alta frequência e linhas retas inclinadas na região de baixa frequência (Figura 7 (a)). O semi-arco curva na faixa de média a alta frequência está relacionada à transferência de carga resistência (Rct) e a linha reta inclinada na faixa de baixa frequência reflete principalmente a impedância de Warburg (ZW) da difusão de íons de lítio [26]. Antes de carregar e descarregar, o Rct dos eletrodos negativos Si@C-F e Si@C são semelhantes, mas o primeiro tem um ZW menor devido ao altamente defeituoso camada de carbono dopada com flúor cobrindo a superfície. Depois de carregar e descarregar ciclos, o Rct (5,51 Ω) do ânodo Si@C-F é significativamente menor do que aquele do ânodo Si@C (21,97 Ω) (Figura 7 (b)), e o ZW é muito menor que o último. Isto mostra que o filme de interface SEI rico em flúor induzido pelo camada de carbono dopada com flúor pode efetivamente melhorar a carga da interface e capacidades de transporte de íons de lítio.

Fig. 7 Gráficos de Nyquist dos ânodos Si@C e Si@C-F (a) antes e (b) depois de ciclar a uma densidade de corrente de 0,4 A·g-1

2.3 Caracterização da estrutura do eletrodo após carga e descarga

Caracterização SEM após carga e descarga ciclos (Figura 8 (a ~ c)) mostra que devido à expansão significativa do volume efeito do silício durante o processo de inserção de lítio, a espessura do O eletrodo Si@C aumentou 132,3%. Isto não só dificulta a transmissão de íons e elétrons, aumenta a resistência interna e a polarização do eletrodo, mas também causa enorme estresse mecânico, fazendo com que o eletrodo ruptura e separação do coletor de corrente, fazendo com que o desempenho do O ânodo Si@C decai rapidamente (Figura 5 (c)). Em comparação, o eletrodo a espessura do ânodo Si@C-F aumentou apenas 26,6% após a carga e ciclos de descarga e manteve boa estabilidade estrutural do eletrodo (Figura 8(d~f)). Isto mostra que a camada de carbono dopada com flúor introduzida pode amortecer efetivamente o efeito de expansão de volume da inserção de lítio em silício materiais em microescala, aumentando assim a estabilidade estrutural do eletrodo na escala macro de baixo para cima.

Fig. 8 Principais imagens SEM de (a) Si@C e (d) Si@C-F ânodos depois de andar de bicicleta; Imagens SEM de seção transversal de ânodos (b, c) Si@C e (e, f) Si@C-F (b, e) antes e (c, f) depois do ciclismo; Alta resolução (g) F1s e (h) Li1s Espectros XPS de SEI em ânodos Si@C e Si@C-F após ciclagem

A composição do filme SEI na superfície do Si@C e eletrodos negativos Si @ CF após ciclos de carga e descarga foram analisados por XPS (Figura 8 (g ~ h)). No espectro F1s XPS de alta resolução, a ligação picos de energia nas energias de ligação de 684,8, 688,3 e 689,1 eV correspondem para LiF, títulos CF e CF2, respectivamente. Correspondentemente, também existem picos característicos correspondentes a espécies LiF nos Li1s de alta resolução Espectro XPS, indicando que um filme SEI contendo espécies LiF é formado em a superfície do ânodo de silício. Comparado com o ânodo Si@C, o conteúdo de LiF na superfície do ânodo Si@C-F é maior, indicando que o LiF no O filme SEI não vem apenas da decomposição de sais de lítio no eletrólito, mas também do F na camada de carbono dopada com flúor. O a formação de LiF de alto módulo pode efetivamente aumentar a resistência estrutural do filme SEI e inibir a mudança de volume da inserção de lítio no silício materiais. Ao mesmo tempo, o amplo bandgap e as propriedades isolantes do LiF pode reduzir a espessura do SEI e reduzir a perda inicial irreversível de lítio. A liga LixSi, o produto de litiação de LiF e Si, possui alta interface energia e pode se adaptar melhor à deformação plástica do silício litiado ânodo durante o ciclo, melhorando ainda mais a estabilidade do ciclo do eletrodo [19].

3 Conclusão

Neste estudo, pacientes dopados com flúor materiais de nano-silício revestidos de carbono foram preparados através de um método simples e método de fluoração em fase gasosa de baixa toxicidade. Pesquisas mostram que o doping com flúor (1,8% F), por um lado, aumenta os defeitos da camada de revestimento de carbono em a superfície do silício e fornece abundantes canais de transporte de íons de lítio enquanto revestindo firmemente o nano-silício para suprimir sua expansão de volume. Por outro Por outro lado, um filme SEI altamente estável rico em LiF é induzido na superfície do material de nano-silício, melhorando ainda mais a estabilidade e a eficiência Coulombic do ânodo de silício. Graças a isso, a primeira eficiência coulombiana do ânodo de nano-silício revestido com carbono dopado com flúor melhorou para 65,9%. Em uma corrente densidade de 0,2~5,0 A·g-1, exibe uma alta capacidade específica de 1540~580 mAh·g-1, podendo manter 75% da capacidade inicial após 200 ciclos. Este trabalho fornece novas idéias para o projeto e construção de ânodos de silício materiais com alta capacidade e alta estabilidade.

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