Efficient conversion of sand to nano-silicon and its energetic Si-C composite anode design for high volumetric capacity lithium-ion battery

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作者
Mohammad Furquan,Anish Raj Khatribail,Savithri Vijayalakshmi,Sagar Mitra
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:382: 56-68 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2018.02.011
摘要

Abstract Silicon is an attractive anode material for Li-ion cells, which can provide energy density 30% higher than any of the today's commercial Li-ion cells. In the current study, environmentally benign, high abundant, and low cost sand (SiO2) source has been used to prepare nano-silicon via scalable metallothermic reduction method using micro wave heating. In this research, we have developed and optimized a method to synthesis high purity nano silicon powder that takes only 5 min microwave heating of sand and magnesium mixture at 800 °C. Carbon coated nano-silicon electrode material is prepared by a unique method of coating, polymerization and finally in-situ carbonization of furfuryl alcohol on to the high purity nano-silicon. The electrochemical performance of a half cell using the carbon coated high purity Si is showed a stable capacity of 1500 mAh g−1 at 6 A g−1 for over 200 cycles. A full cell is fabricated using lithium cobalt oxide having thickness ≈56 μm as cathode and carbon coated silicon thin anode of thickness ≈9 μm. The fabricated full cell of compact size exhibits excellent volumetric capacity retention of 1649 mAh cm−3 at 0.5 C rate (C = 4200 mAh g−1) and extended cycle life (600 cycles). The full cell is demonstrated on an LED lantern and LED display board.
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