Ge–Si/C Nanofiber Composite with Enhanced Cyclic Stability and Rate Capability for Lithium-Ion Batteries

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作者
Hui Gu,Zhenpeng Zhu,Zhiyuan Gao,Junhao Zhang,Xingmei Guo,Yuanjun Liu,Xiangjun Zheng,Qianqian Fan,Zhongyao Duan,Fu Cao,Chunsheng Li,Qinghong Kong
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (5): 2196-2204 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c05936
摘要

To deal with the low conductivity and structural instability of the silicon (Si)-based anode, a Ge–Si/C nanofiber (Ge–Si/CNF) composite is fabricated based on different starting reaction potentials for Si and Ge with lithium and excellent conductivity of Ge. Sucrose is innovatively introduced as a spinning aid to maintain the carbon fiber structure derived from poly(vinyl alcohol) as the spinning polymer. When Ge–Si/CNFs are investigated as the anode material for lithium-ion batteries, it demonstrates excellent cyclic stability and rate capability. Specifically, the Ge–Si/CNFs anode can still retain 764.1 mA h g–1 at 0.5 A g–1 after 1000 cycles, and its capacity retention rate reaches 72.1%. Significantly, the specific capacity is 1168.7 mA h g–1 at 2.0 A g–1, which is restored to 1731.4 mA h g–1 when it is adjusted back to 0.1 A g–1. The excellent lithium storage of Ge–Si/CNF anode is attributed to the effective release of stress during the lithiation/delithiation process because of the different starting potentials of Si and Ge. When one component is lithiated, the other one can act as a buffer matrix for improving the structural stability. Additionally, the addition of Ge and carbon fibers can speed up the transfer rate of Li+ and electrons.
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