Yolk shell structured YS-Si@N-doped carbon derived from covalent organic frameworks for enhanced lithium storage

锂(药物) 阳极 共价键 纳米复合材料 碳纤维 兴奋剂 化学 化学工程 材料科学 纳米技术 电极 有机化学 复合数 光电子学 物理化学 复合材料 医学 工程类 内分泌学
作者
Hao Yu,Yuan Li,Fang Liu,Li Wang,Yonghai Song
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:662: 313-321 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.02.071
摘要

Silicon (Si) has ultra-high theoretical capacity (4200 mAh g−1) and accordingly is widely studied as anode materials for lithium-ion batteries (LIBs). However, its huge volume expansion during charging/discharging is a fatal challenge. The preparation of Si-based composite materials with yolk shell structure is the key to solving the Si volume expansion. Here, N-doped carbon-coated Si nanoparticles (SiNPs) nanocomposites (YS-Si@NC-60) with yolk shell structure derived from covalent organic frameworks (COFs) was prepared. N-doped carbon shells derived from COFs not only maintain the well-ordered nanosized pores of COFs, which facilitates the transport of Li+ to contact with internal SiNPs, but also provide more extra active sites for Li+ storage. Most importantly, the internal void can effectively alleviate the damage effect of SiNPs volume expansion. The obtained YS-Si@NC-60 as a LIBs anode show high cyclic stability and Li+ storage performances. At 0.1 A g−1, the capacity is 1446 mAh g−1 after 110 cycles, and initial coulomb efficiency is as high as 82.2 %. The excellent performance can be attributed to the unique yolk shell structure. This simple and template-free strategy provides a new idea for preparing Si-C nanocomposites with yolk shell structure.
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