汪国秀&刘健AFM:稳定的中空结构低氧化硅基负极助力高性能锂离子电池
Nanoyu Nanoyu 2021-04-10


硅被认为是下一代锂离子电池(LIBs)极具吸引力的大容量负极材料。然而,硅负极在循环过程中体积变化很大,这对电池的稳定运行构成了严峻的挑战。与Si相比,Si低氧化物(SiOx)具有较低的体积膨胀和高循环稳定性,是高能量密度锂离子电池最有前途的候选负极材料之一。然而,SiOx负极的低电导率和低(初始)库仑效率严重阻碍了LIBs的实际应用。

近日,悉尼科技大学汪国秀教授,中科院大连化物所刘健研究员首次报道了一种以金属有机骨架(MOF)为前驱体原位生长CNTs的中空SiOx@CNTs/C复合材料的制备策略。

文章要点

1研究人员利用自催化生长工艺,辅以化学气相沉积(CVD)工艺,在相对较低的温度下制备了SiOx@CNTs/C复合材料。

2合理设计的SiOx@CNTs/C结构有几个独特的特点:i)原位透射电子显微镜(TEM)表征结果显示,高耐压的中空结构可以缓冲锂离子插入/提取过程中的体积膨胀,从而延长循环寿命;ii)CVD制备的均匀C层显著改善了SiOx的电接触和电子导电性;iii)原位生长的CNTs可以进一步提高SiOx@CNTs/C复合材料的导电性和机械强度,从而获得高倍率性能和循环稳定性;iv)单一的钴(Co)原子促进了富锂SEI的形成,从而导致了较高的初始库仑效率。

3实验结果显示,SiOx@CNTs/C电极用作锂离子电池正极时,其表现出优异的循环性能、优异的倍率性能和较高的初始库仑效率。此外,全LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2//SiOx@CNTs/C LIB电池具有325 Wh kg−1的高能量密度,以及优异的循环稳定性。

这项研究表明,SiOx@CNTs/C复合材料是一种极有前途的锂离子电池负极材料,具有优异的电化学性能。

 

参考文献

Hao Tian, et al, Stable Hollow-Structured Silicon Suboxide-Based Anodes toward High-Performance Lithium-Ion Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202101796

https://doi.org/10.1002/adfm.202101796


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