【48812】工业废微米级硅涂层结构硅碳复合资料用于锂离子电池

时间: 2024-05-16 18:06:04 |   作者: 乐鱼网官方网址是多少

  硅（Si）作为先进锂离子电池（LIB）的负极资料十分重视，但要规划出具有低结构应变和高导电性的高安稳性硅基复合资料仍具有挑战性。本文，北京科技大学 白智明 副教授、闫小琴 教授团队在《Energy Fuels》期刊宣布名为“Design of Supported–Coated Structure Silicon/Carbon Composites Using Industrial Waste Micrometer-Sized Silicon for an Advanced Lithium-Ion Battery Anode”的论文，研讨展现了一种新式硅碳负极资料（Si/G@TNS-60），它由收回的线切割多晶硅废料制成，具有内部锚定负载和外部柔性二维（2D）资料包裹的共同结构。石墨（G）成分可作为导电锚载体，增强电子导电性，避免硅颗粒粉化和电触摸损耗。此外，MXene（TNS）保护层具有机械柔韧性，可阻隔硅与电解质的直触摸摸以削减副反响，改进离子和电子分散动力学，并保证结构的安稳性。

  因而，Si/G@TNS-60 ·电极进步了初始库仑功率（ICE，78.8%），具有优异才能的速率功能（2 C 时容量为 485.3 mAh g-1），并且在 0.5 C 下可继续耐久运用 500 次，容量坚持率为 83.5%。对反响动力学的研讨提醒了混合存储机制和快速锂分散系数。此外，原位扫描电子显微镜（SEM）显现了最小的体积改变，并坚持了电极结构的完整性。令人形象十分深入的是，以化学溶液技能预锂化的 Si/G@TNS-60 阳极和LiNi+1/3Co1/3Mn1/3O2阴极为根底的全电池显现，ICE 进步了 88.5%，并坚持了超卓的循环安稳性。这项作业从根本上提出了一种简洁有用的结构工程战略，凸显了线切割多晶硅废料在先进 LIB 技能中的使用潜力。

  图3。（a） 在0.01和2 V之间的0.1 mV s–1下的前五条CV曲线个循环中的GCD曲线，以及（C）Si/G@TNS-60电极的倍率功能。（d） 0.2℃下的循环实验。（e）新电极的EIS图画。（f） 在0.5摄氏度下的长循环功能（1摄氏度=4.2 A g–1）。

  图4。（a） 不同扫描速率下的CV曲线，（b）log（i）和log（v）曲线下丈量的CV曲线取得的电容电流，（d）不同扫描速率的电容操控百分比，（e）GITT曲线，以及（f）核算的Si/G@TNS-60电极的Li分散系数。（g和h）n-Si和（k和l）Si/g@TNS-60电极外表在200次循环前后的非原位SEM图画。（i和j）n-Si和（m和n）Si/G@TNS-60在200次循环前后的截面SEM图画+

  总归，咱们选用简略的球磨和自组装工艺成功制备了新式支撑涂层 Si/G@TNS-60 结构，该工艺包含将 Si 固定在石墨上，并将其约束在柔性 TNS 保护层内。内部石墨和外部 TNS 保护层的协同效应进步了硅的电子导电性，避免了硅颗粒的破坏，并保证了复合资料的结构完整性。因而，优化后的 Si/G@TNS-60 具有十分超卓的电化学锂存储特性，包含 0.1 C 时的初始比容量高达 1833.4 mAh g+-1，2 C 时的快速速率响应为 485.3 mAh g-1，优异的循环寿数（500 次循环后容量为 762.9 mAhg-1）以及 83.5% 的容量坚持率。

  对动态行为的剖析标明，速率功能的进步归因于混合存储机制和锂分散系数的增强。此外，原位扫描电子显微镜图画显现了较小的体积改变率（40.1%），这证明其对大体积改变引起的破坏性应力的反抗才能明显地增强。此外，选用预锂化 Si/G@TNS-60 阳极和 NCM111 阴极的全电池显现出更好的 ICE 和安稳的循环功能。这项研讨无疑为开发用于先进锂离子电池阳极的经用二维涂层硅碳复合资料供给了名贵的启示。