第十四届全国表面工程大会

25 / 2022-07-29 17:04:20

钛箔表面一步法制备TiO2/SiOx复合膜及其电化学性能研究

等离子体电解氧化，TiO2/SiOx复合膜，锂离子电池负极，Na2SiO3浓度

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采用等离子体电解氧化（PEO）技术在钛箔表面制备了TiO₂/SiO_x复合膜，并将其作为锂离子电池负极研究了电解液浓度对电化学性能的影响机制。复合膜的整个制备过程在常温常压的水溶液中一步法完成，无需进行后处理，工艺流程简单，制备效率高、成本低。TiO₂是由钛箔原位氧化生成，而SiO_x来源于电解液中Na₂SiO₃的分解。本研究以含KOH和Na₂SiO₃的水溶液为电解液，通过调控Na₂SiO₃浓度制备出不同SiO_x含量的复合膜，采用配有能谱仪（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）分析其表面形貌和元素含量分布，采用电化学工作站和电池测试系统评估电池的循环伏安曲线、电化学阻抗谱、比容量、循环稳定性、倍率性能等电化学性能。结果表明，随着Na₂SiO₃浓度的增加，复合膜中的硅及其氧化物含量明显增多，当KOH : Na₂SiO₃浓度比为1 : 12（浓度最高）时，所制备的复合膜中存在大量的氧化物颗粒，样品表面宏观上呈现明显的灰白色形貌。在对不同Na₂SiO₃浓度下制备的TiO₂/SiO_x复合膜负极分别进行500次电池循环测试后发现，KOH : Na₂SiO₃浓度比为1 : 6条件下制备的复合膜负极电池比容量稳定在200 mAh g^-1，略高于纯TiO₂负极电池的比容量（约170 mAh g^-1），而KOH : Na₂SiO₃浓度比为1 : 9和1 : 12条件下制备的复合膜负极电池比容量分别稳定在360 mAh g^-1和460 mAh g^-1，由此说明电解液中Na₂SiO₃浓度的增加促进了复合膜中的SiO_x含量的增加，复合膜中的硅氧化物是高容量的主要来源，而TiO₂主要起载体支撑作用，缓冲SiO_x在锂化和去锂化过程中的体积变化。