Tailoring the Polymer-Derived Carbon Encapsulated Silicon Nanoparticles for High-Performance Lithium-Ion Battery Anodes

材料科学 阳极 碳化 碳纤维 聚合物 聚合 阴极 化学工程 掺杂剂 兴奋剂 电极 复合材料 化学 扫描电子显微镜 复合数 光电子学 物理化学 工程类
作者
Qiang Ma,Hongwei Xie,Jiakang Qu,Zhuqing Zhao,Beilei Zhang,Qiushi Song,Pengfei Xing,Huayi Yin
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (1): 268-278 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsaem.9b01463
摘要

The structure, dopants, and surface area of carbon determine the performance of the core–shell structured silicon and carbon composite (Si@C) anode for Li-ion batteries (LIBs). Herein, we report the synthesis of Si@C composite from poly(vinyl alcohol) (PVA)/melamine resin (MR) dual layer polymer derived carbon encapsulated Si nanoparticles using a polymerization–carbonization approach. The dual polymer layer derived carbon coating has adequate void spaces and dopants, possesses a disordered structure, and seals the Si core sufficiently. Hence, the obtained Si@CMR anode delivers a superior specific capacity of 1279.3 mA h/g at a current density of 2 A/g and with a retention rate of 88.9% after 500 cycles. A full cell with a Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2 cathode and a prelithiated Si@CMR anode exhibits a high energy density above 518 Wh/kg and capacity retention of 90.1% after 100 cycles. In parallel, the other three polymer-derived Si@C composites were prepared to study the effect of carbon on the performance of the composite anodes. Overall, constructing a dual-polymer layer holds the promise for rationally designing Si@C anodes for high-performance LIBs through the polymerization–carbonization approach.
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