Page 201 - 《精细化工》2021年第11期

第 38 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.38, No.11
2021 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2021

有机电化学与工业
微米级 P-Si@a-TiO 负极材料的制备及电化学性能
2

牛 静 1,2 ，谭 毅 1,2* ，王 凯 1,2 ，陈 凯 1,2 ，陈志远 1,2

（1. 大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室，辽宁 大连 116024；2. 大连理工大学 材料科学与
工程学院，辽宁 大连 116024）

摘要：以微米级 Al-Si 合金粉为原料，采用去合金法和溶胶-凝胶法制备了无定形 TiO 2 包覆珊瑚状多孔 Si 结构的
复合材料（记为 P-Si@a-TiO 2 ），通过 XRD、XPS、SEM 和 TEM 对复合材料的结构和形貌进行了表征，分析并
揭示了 TiO 2 层的制备机理及包覆层厚度对复合材料电化学性能的影响。结果表明，珊瑚状多孔 Si 结构和适当厚
度的包覆层可以有效缓冲材料的体积膨胀，提高电极的循环稳定性。当 TiO 2 包覆层约为 10 nm 时，对材料的改
性效果最佳。此时的 P-Si@a-TiO 2 的电极电势差仅为 0.321 V，在 1.0 A/g 电流密度下循环 50 次后具有
1357.4 mA·h/g 的放电比容量，展现出优越的电化学性能。
关键词：无定形 TiO 2 ；微米 Si；电化学性能；锂离子电池；有机电化学
中图分类号：TM912；TB333 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 11-2347-07

Preparation and electrochemical performance of

micron P-Si@a-TiO 2 anode materials

1,2
1,2
1,2
1,2
NIU Jing , TAN Yi 1,2* , WANG Kai , CHEN Kai , CHEN Zhiyuan
（1. Key Laboratory of Materials Modification by Laser, Ion, and Electron Beams, Ministry of Education, Dalian
University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Dalian
University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China）
Abstract: Amorphous TiO 2 coated porous Si composite materials (named as P-Si@a-TiO 2) with coral-like
porous Si structure were synthesized from micron Al-Si alloy powder by dealloying method and sol-gel
method. The structure and morphology of composite materials were characterized by XRD, XPS, SEM and
TEM. The preparation mechanism of TiO 2 layer and the effect of different coating thickness on the
electrochemical properties of composite materials were revealed. The results showed that the coralloid
porous structure and the appropriate thickness of coating layer could effectively buffer the volume
expansion of the material, and was conducive to improving the stability of the electrode. When the coating
thickness of TiO 2 was about 10 nm, the modification effect of the material was the best. The electrode
potential difference of P-Si@a-TiO 2 material was only 0.321 V, after 50 cycles at the current density of
1.0 A/g, the discharge specific capacity reached 1357.4 mA·h/g, showing superior electrochemical performance.
Key words: amorphous TiO 2; micron-sized Si; electrochemical performance; lithium ion batteries;
electro-organic chemistry

[3]
日益严重的能源短缺和环境污染问题使得可再 的电极材料已成为当前研发的重点 。Si 负极材料
[1]
生能源技术的开发和利用迫在眉睫 。其中，锂离 具有理论嵌锂比容量高（4200 mA·h/g）、电压平台
子二次电池作为重要的电源系统，已经广泛应用于 低、储量丰富的优势，已成为下一代高比容量锂离
[2]
储能、电动汽车和电子产品等 。为了进一步达到 子电池最具潜力的负极材料之一 [4-5] 。但是，Si 材料
对电池高比容量和安全性的使用要求，大力探索新 本身的导电性差以及在充放电过程中严重的体积效

收稿日期：2021-05-13; 定用日期：2021-06-11; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210489
基金项目：大连市重点领域创新团队支持计划（2019RT13）
作者简介：牛 静（1995—），女，硕士生，E-mail：niujing_1@163.com。联系人：谭 毅（1961—），男，教授，E-mail：lnsolar@dlut.edu.cn。