New Chemical Synthesis Strategy To Construct a Silicon/Carbon Nanotubes/Carbon-Integrated Composite with Outstanding Lithium Storage Capability

材料科学 阳极 碳纳米管 复合数 锂(药物) 化学工程 碳纤维 纳米颗粒 纳米技术 电极 复合材料 冶金 物理化学 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Yan Xiang,Zefeng Fu,Luoting Zhou,Liuyi Hu,Yang Xia,Wenkui Zhang,Yongping Gan,Jun Zhang,Xinping He,Hui Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (14): 17986-17993 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02202
摘要

The Si/C anode is one of the most promising candidate materials for the next-generation lithium-ion batteries (LIBs). Herein, a silicon/carbon nanotubes/carbon (Si/CNTs/C) composite is in situ synthesized by a one-step reaction of magnesium silicide, calcium carbonate, and ferrocene. Transmission electron microscopy reveals that the growth of CNTs is attributed to the catalysis of iron atoms derived from the decomposition of ferrocene. In comparison to a Si/C composite, the cycle stability of the Si/CNTs/C composite can obviously be improved as an anode for LIBs. The enhanced performance is mainly attributed to the following factors: (i) the perfect combination of Si nanoparticles and in situ grown CNTs achieves high mechanical integrity and good electrical contact; (ii) Si nanoparticles are entangled in the CNT cage, effectively reducing the volume expansion upon cycling; and (iii) in situ grown CNTs can improve the conductivity of composites and provide lithium ion transport channels. Moreover, the full cell constructed by a LiFePO4 cathode and Si/CNTs/C anode exhibits excellent cycling stability (137 mAh g-1 after 300 cycles at 0.5 C with a capacity retention rate of 91.2%). This work provides a new way for the synthesis of a Si/C anode for high-performance LIBs.
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