Silicon nanoparticles encapsulated in Si3N4/carbon sheaths as an anode material for lithium-ion batteries

材料科学 阳极 锂(药物) 碳纤维 复合数 纳米颗粒 离子 化学工程 纳米技术 复合材料 光电子学 电极 医学 化学 有机化学 物理化学 内分泌学 工程类
作者
K. Brijesh,Amol Bhairuba Ikhe,Myoungho Pyo
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:34 (25): 255401-255401 被引量:2
标识
DOI:10.1088/1361-6528/acc5f2
摘要

Novel composite materials comprising of silicon nanoparticles (SiNPs) encapsulated with thin layers of silicon nitride and reduced graphene oxide shells (Si@Si3N4@rGO) are prepared using a simple and scalable method. The composite exhibits significantly improved cycling stability and rate capability compared to bare SiNPs. The presence of inactiveαandβphases of Si3N4increases the mechanical endurance of SiNPs. Amorphous SiNx, which is possibly present with Si3N4, also contributes to high capacity and Li-ion migration. The rGO sheath enhances the electronic conduction and improves the rate capability. 15-Si@Si3N4@rGO, which is prepared by sintering SiNPs for 15 min at 1300 °C, spontaneous-coating GO on Si@Si3N4, and reducing GO to rGO, delivers the highest specific capacity of 1396 mAh g-1after 100 cycles at a current density of 0.5 A g-1. The improved electrochemical performance of 15-Si@Si3N4@rGO is attributed to the unique combination of positive effects by Si3N4and rGO shells, in which Si3N4mitigates the issue of large volume changes of Si during charge/discharge, and rGO provides efficient electron conduction pathways. Si@Si3N4@rGO composites are likely to have great potential for a high-performance anode in lithium-ion batteries.
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