Stress-relieving defects enable ultra-stable silicon anode for Li-ion storage

材料科学 阳极 离子 压力(语言学) 纳米技术 工程物理 法律工程学 光电子学 电极 物理 量子力学 化学 哲学 物理化学 工程类 语言学
作者
Yunzhan Zhou,Yijun Yang,Guolin Hou,Yi Ding,Bo Zhou,Shimou Chen,Тран Дай Лам,Fangli Yuan,Dmitri Golberg,Xi Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:70: 104568-104568 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104568
摘要

Graphite-like coated silicon ([email protected]) material has been shown to be only partly useful in addressing the technological problems of high-capacity Si anodes in lithium ion batteries (LIBs). This is because of inevitable and large internal stresses in a [email protected] structure induced by instantaneously explosive expansion of Si upon lithiation which destroys the graphitic matrix, and leads to the uncontrolled growth of a solid-electrolyte interphase (SEI) layer, and severe capacity fading. Therefore, it is vital to develop a novel internal-stress-relief strategy for [email protected] of the next-generation stable LIBs anodes. Herein, being inspired by a relief valve, we design a nitrogen-doped carbon layer coating on Si nanoparticles ([email protected]) to effectively relief the volume expansion of Si spheres during lithiation. Such homogenous N-doping in each graphitic layer generates uniformly-distributed "hole" defects in the NG network and guarantees a stress relief in the lithiated [email protected] to the maximum extent possible. Therefore, when tested as an anode material for LIBs, [email protected] shows superior cycling stability (1321 mAh·g−1 after 100 cycles at the current density of 2100 mA g−1, about 96.6% capacity retention) and ultra-high initial coulombic efficiency (ICE) of 90.3%.
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