Batteries&Supercaps:机械法制备大容量、长循环稳定的硅碳复合微球负极材料

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随着如火如荼的电力储能领域的快速发展,下一代锂离子电池面临着更高能量密度、更长循环寿命的需求。大容量的硅材料被认为是最具潜力的负极材料。然而,硅的电导率低,存在体积快速变化和SEI膜连续生长,及复合材料合成繁琐、造价高昂等问题,限制了硅负极的应用。上海大学袁帅/吕盈盈等通过成本低廉的两步机械法,合成了一种具有纳米片粒镶嵌结构的球形硅-石墨复合材料作为高性能负极材料。



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该材料通过珠磨-喷雾干燥两步法策略合成。首先,在珠磨过程中利用强剪切力同时将商业微米硅和石墨降低到纳米尺度,两者均匀分布且以Si-C共价键紧密结合。随后,在喷雾干燥过程中纳米单元组装成复合微米球。在这种纳米结构组装的复合微球中,薄层石墨提供了良好导电性,且为硅纳米颗粒的膨胀提供缓冲。另外,微米球形形态表现出各向同性的体积效应,表现出良好的电化学性能,其对应半电池在0.5 A g-1的电流密度下循环500圈,可逆容量为1895 mAh g-1。将一定量硅碳微球添加到石墨负极中,并与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极匹配制备软包全电池,在0.5 C倍率下循环800圈的容量保持率为79.3%。该研究为大容量、长循环稳定的硅-石墨复合材料提供了一种简单、可连续生产的合成策略,有助于硅基负极的产业化应用。

文信息

Scalable Fabrication of Si-Graphite Microsphere by Mechanical Processing for Lithium-Ion Battery Anode with Large Capacity and High Cycling Stability

Qiuyan Shen, Ruibing Zheng, Yingying Lv,* Yanyan Lou, Liyi Shi, Shuai Yuan*


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202200186




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