Achieving High-Performance SiO Anode via Synergy of In Situ Generated Cu 3 Si Nanobeads and N-Doped Carbon Coating

材料科学 原位 化学工程 阳极 碳纤维 涂层 纳米技术 纳米颗粒 复合数 电极 沉积(地质)
作者
Tao Li,Junjie Guo,Tingting Huang,Yuancheng Chen,Zhishan Liao,Jianhao Lin,Xunhui Xiong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (12): 17787-17796 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c25137
摘要

Silicon monoxide (SiO) has emerged as a promising candidate for next-generation lithium-ion batteries (LIBs), owing to its ultrahigh theoretical capacity, abundant reserves, and moderate lithiation potential. However, SiO anodes still face challenges, including significant volume expansion, insufficient electronic conductivity, and poor lithium-ion diffusion kinetics. To address these challenges, the SiO-Cu 3 Si@NC material was synthesized through a facile two-step method of iodine-initiated pyrrole (Py) polymerization and carbothermal reduction, during which highly conductive Cu 3 Si nanobeads were generated in situ at the SiO/carbon interface. Multiple characterizations and electrochemical measurements indicate that the PPy-derived N-doped carbon coating and Cu 3 Si nanobeads not only synergistically buffer the volume expansion of the SiO anode but also enhance the electronic conductivity and Li + diffusion kinetics of the electrode. As a result, the SiO-Cu 3 Si@NC anode exhibits exceptional cycling stability (89.5% over 400 cycles at 1.0 A g –1 ) and superior rate performance (647.7 mAh g –1 at 5.0 A g –1 ). Furthermore, the full cell paired with the commercial LiFePO 4 cathode demonstrates high cycling stability, maintaining 89.2% capacity retention over 150 cycles at 1 C, demonstrating its practical applicability. This work proposes a straightforward yet effective strategy to enhance the electrochemical performance of SiO anodes, advancing the development of high-energy density LIBs.
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