Simultaneously manipulating carbon coating layers and void structures in silicon/carbon anode materials via bifunctional templates for lithium-ion batteries

材料科学 阳极 电解质 空隙(复合材料) 法拉第效率 涂层 化学工程 碳纤维 电化学 纳米技术 复合材料 电极 复合数 化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Peiyi Shi,Wei Xiao,Zhengkui Li,Huaming Qian,Na Xu,Chong Xie,Xiaohui Zhang,Jian Qin,Huijuan Yang,Jingjing Wang,Xifei Li
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:655: 159538-159538 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159538
摘要

The carbon coating strategies, ameliorating structure instability and reaction kinetics of silicon anodes upon lithiation/delithiation, have been chronically plagued by an electrochemical contradiction between a high specific capacity from a high silicon content and a long cycle life from a high carbon content. Herein, the carbon coating layers and void structures for silicon/carbon composites were simultaneously manipulated through a precisely grown Al2O3 template, which induced a controllable polydopamine polymerization through its mild interfacial interaction with Tris-buffer solution and created abundant void spaces by its residual parts. Particularly, the as-optimized silicon/carbon composite with an ultrahigh silicon content of 89.3 wt% could demonstrate a large initial reversible capacity of 2583 mAh/g with an 82.1 % coulombic efficiency at 200 mA g−1, a remarkable cycling durability of 601 mAh/g after 990 cycles at 2000 mA g−1, and an excellent rate capability of 887 mAh/g at 4000 mA g−1. The uniform void structures could maintain the structural stability/integrity of silicon, boost reaction kinetics across electrode/electrolyte interfaces, and supress the uncontrollable formation/evolution of solid electrolyte interphases upon cycling. This novel research on synchronously regulating carbon layer and void structure in silicon/carbon composites would enlighten a rational development of high-capacity and long-life silicon anodes.
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