第十六届全国薄膜技术学术研讨会

本论文采用等离子体电解氧化（PEO）技术在TA2工业纯钛箔表面一步法制备出TiO₂/SiO₂复合膜，将其用于锂离子电池的负极材料，并研究电解液浓度和放电电压对复合膜电化学性能的影响机制。SiO₂的来源是电解液中的Na₂SiO₃，而放电电压的不同会导致复合膜表面形貌和SiO₂含量的变化。因此可通过调节电解液中的Na₂SiO₃浓度和放电电压获得了不同形貌和SiO₂含量的复合膜，进而获得电化学性能不同的锂离子电池负极材料。将所制备的复合膜作为锂离子电池负极，以锂片为对电极在手套箱中组装电池。采用电池测试系统和电化学工作站测量电池比容量、循环稳定性、倍率性能等性能以及循环伏安曲线、电化学阻抗谱等特性。结果表明，当放电电压为 +450 V/-50 V时，KOH和Na₂SiO₃质量之比为1:6的电解液中制备的TiO₂/SiO₂复合膜负极的比容量约为200 mAh g^-1（100 μA/cm²的电流密度下循环500圈）；提高Na₂SiO₃ 浓度至KOH：Na₂SiO₃ = 1:9，保持放电电压不变，测得的电池比容量达到380 mAh g^-1；继续增加Na₂SiO₃浓度至KOH：Na₂SiO₃ = 1:12，保持放电电压不变，测得的电池容量最高可达600 mAh g^-1，但循环稳定性较差，循环300圈后降至 400 mAh g^-1以下。保持电解液中KOH和Na₂SiO₃质量之比为1:12，降低放电电压到 +400 V/-50 V时，测得的电池比容量维持在280 mAh g^-1，当放电电压到 +420 V/-50 V时，电池容量可稳定在450 mAh g^-1。高容量的来源是SiO₂，而TiO₂主要缓冲SiO₂在锂化时的体积变化，起载体支撑作用。较高的放电电压可以促进Na₂SiO₃的分解，从而显著提高电池容量，但过高的Na₂SiO₃浓度使得SiO₂在TiO₂表面分布不均匀，从而导致循环稳定性降低。此外，在所测得的循环伏安曲线中，制备出的复合膜负极均可看出典型的Li-TiO₂和Li-SiO₂氧化还原峰，经800 μA/cm²的大电流充放电后比容量恢复到初始值的93%，表现出良好的倍率性能。
 

TiO2/SiO2复合膜，电解液浓度，放电电压，锂离子电池