Functionalization-assistant ball milling towards Si/graphene anodes in high performance Li-ion batteries

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作者
Yin Zhang,Yangqin Cheng,Jinhua J. Song,Yanjun Zhang,Qian Shi,Jingxiao Wang,Fanghua Tian,Shuang Yuan,Su Zhou,Chao Zhou,Yang Wang,Sen Yang
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:181: 300-309 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.05.024
摘要

Due to difficulties with scalability and practical utilization, Si/graphene composites are not yet used as anodes for commercially available lithium-ion batteries. In this paper, we report an accessible and cost-effective ball-milling route to synthesize Si and graphene composites. By introducing amino- and carboxyl-groups, covalent linkage between Si nanoparticles and graphene is created, which solves serious issues of hybrids like poor dispersion and weak connection. This composite features a unique structure, where Si nanoparticles are uniformly attached to the surface or embedded into the inter-layers of the graphene. When used as anodes of lithium-ion batteries, this composite can retain a reversible capacity of 1516.23 mAh g−1 after 100 cycles at 100 mA g−1. It also exhibited excellent ultra-long-term cycling stability and high rate performance. The electrochemical performance is superior to most reported Si/graphene composites without chemical bonds at the interface, which indicates that covalent bonding can effectively inhibit the irreversible sliding of Si nanoparticles. In addition, EIS measurement had revealed a lower transfer resistance and faster Li-ions diffusion of [email protected]/f-Gr, suggesting the integrity of graphene after functionalization. The proposed functionalization-assisted ball-milling approach, therefore, probably enables the large-scale production of Si/Graphene as anodes in high-performance batteries in the future.
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