Page 206 - 《精细化工》2021年第11期

·2352· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

电测试，结果如图 7 所示。 由图 8 可知，电流重新回到 0.1 A/g 时，放电比
容量恢复到 1735.1 mA·h/g，表现出较好的容量恢复
能力。P-Si@2a-TiO 2 这种结构可以有效提高材料的
恒流充放电能力。
图 9 为不同样品循环前的 EIS 拟合曲线及其相
应的等效电路。

图 7 样品的循环性能曲线
Fig. 7 Cycle performance of samples

由图 7 可知，Al-Si 的初始充、放电比容量分别
为 445.4 和 1462.6 mA·h/g，但由于未经过改性处理，

结构快速崩塌，比容量便迅速衰减。而经过设计多
孔结构与无定形 TiO 2 包覆后的 P-Si@1a-TiO 2 、 图 9 样品的交流阻抗谱拟合曲线
Fig. 9 EIS patterns of samples
P-Si@2a-TiO 2 和 P-Si@3a-TiO 2 在经过活化后的充/

放电比容量分别为 2419.8/3303.7、2449.2/3190.0、
从图 9 可以看出，曲线都由高频区的半圆和低
2103.0/2740.9 mA·h/g，初始库伦效率分别为 73.2%、
频区的直线组成，分别与电极-电解液界面的电荷转
76.8%和 76.7%。经过 50 次循环后，库伦效率均达 + [5]
移电阻（R ct ，Ω）和 Li 在电极中的扩散行为有关 。
到 99%左右，且 P-Si@2a-TiO 2 的放电比容量为
+
表 2 为拟合后得到的阻抗参数，D Li +为 Li 扩散系数
1357.4 mA·h/g ，远高 于 Al-Si （ 64.3 mA·h/g ）、
2
1/2
（cm /s），σ 为 Warburg 因子（Ω/s ）。从表 2 可以
P-Si@1a-TiO 2 （ 939.5 mA·h/g ）、 P-Si@3a-TiO 2
看出，改性处理后样品的 R ct 均有所降低，可能是由
（425.9 mA·h/g）。经过 80 次循环后，P-Si@2a-TiO 2
于多孔结构提供了更多的电荷转移通道，且包覆层
仍具有 771.4 mA·h/g 的充电比容量。结果表明，当
抑制了材料与电解液之间的副反应，减小了材料的
表面包覆层较薄时，内部的孔洞结构保留较好，与
极化效应，从而使得阻抗降低，P-Si@2a-TiO 2 的 R ct
无定形的 TiO 2 层共同作用，缓冲材料的体积膨胀，
最小，对应的 D Li +最大。但包覆层过厚时会减弱多
且包覆层能够防止 Si 与电解液之间接触所发生的副 +
孔结构的作用，增加 Li 的迁移距离，因此 P-Si@
反应，样品在经过数次循环后仍保持稳定的结构； 3a-TiO 2 的阻抗与 Li 扩散难度都有所增加。
+
+
而当表面包覆层过厚时，增加了 Li 在材料表面的迁
移距离，脱嵌难度加大，且过多的 TiO 2 使得复合材 表 2 样品的阻抗参数
料整体的比容量降低。因此，P-Si@2a-TiO 2 的包覆 Table 2 Relationship of real part of impedance and frequency
of samples
效果最佳。对其在电流密度为 0.1、0.3、0.5、1.0
1/2
样品 R ct/Ω σ/(Ω/s ) D Li +/(×10 –13 cm /s)
2
和 3.0 A/g 下进行了倍率性能测试，结果如图 8 所示。
Al-Si 364.6 288.95 0.20
278.2 78.63 1.62
P-Si@1a-TiO 2
P-Si@2a-TiO 2 161.6 44.46 1.71
193.9 95.98 0.53
P-Si@3a-TiO 2

图 10 为活性材料充放电测试前后的表面形貌图。

图 8 P-Si@2a-TiO 2 的倍率性能曲线

Fig. 8 Rate performance of P-Si@2a-TiO 2