Ultrastable Silicon Anode by Three-Dimensional Nanoarchitecture Design

阳极 材料科学 石墨烯 电极 电解质 纳米孔 阴极 涂层 纳米技术 化学工程 光电子学 电气工程 工程类 物理化学 化学
作者
Gang Huang,Jiuhui Han,Zhen Lu,Daixiu Wei,Hamzeh Kashani,Kentaro Watanabe,Mingwei Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 4374-4382 被引量:141
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b09928
摘要

State-of-the-art carbonaceous anodes are approaching their achievable performance limit in Li-ion batteries (LIBs). Silicon has been recognized as one of the most promising anodes for next-generation LIBs because of its advantageous specific capacity and secure working potential. However, the practical implementation of silicon anodes needs to overcome the challenges of substantial volume changes, intrinsic low conductivity, and unstable solid electrolyte interphase (SEI) films. Here, we report an inventive design of a sandwich N-doped graphene@Si@hybrid silicate anode with bicontinuous porous nanoarchitecture, which is expected to simultaneously conquer all these critical issues. In the ingeniously designed hybrid Si anode, the nanoporous N-doped graphene acts as a flexible and conductive support and the amorphous hybrid silicate coating enhances the robustness and suppleness of the electrode and facilitates the formation of stable SEI films. This binder-free and stackable hybrid electrode achieves excellent rate capability and cycling performance (817 mAh/g at 5 C for 10 000 cycles). Paired with LiFePO4 cathodes, more than 100 stable cycles can be readily realized in full batteries.
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