Laser‐Welded Cellulose‐Carbon Nanotube Nanocomposites as a 3D Scaffold of Si Anodes for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 纳米复合材料 电化学 纳米技术 化学工程 薄板电阻 共价键 脚手架 导电体 碳纳米管 热解 电极 光热治疗 比表面积 纤维素 阴极 表面改性 复合材料 复合数
作者
Boeun Ryu,Younghoon Jung,Hojin Son,Minyoung Kim,Jinsub Lim,Changhun Yun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (31) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202525595
摘要

Abstract To satisfy the demand for high‐performance lithium‐ion batteries (LIBs), silicon (Si) based anodes have attracted attention due to their high theoretical capacity, and there is increasing interest in anode architectures employing conventional micro‐sized Si without sacrificing the electrochemical performance. Herein, a highly conductive 3D nanocomposite scaffold containing entangled networks of cellulose and SWCNTs (C‐CNT) is fabricated via an eco‐friendly method for use as an Si anode. Additionally, localized rapid heating of the Si/C‐CNT film on a Cu current‐collector is newly demonstrated by IR laser‐irradiation in ambient air. This treatment leads to both nanowelding of the SWCNTs onto the Si anode and pyrolysis of the cellulose, thereby increasing the Si loading from 50 to 89.5 wt.%, decreasing the sheet resistance from 9.6 to 7.2 Ω sq −1 , and increasing the specific surface area from 16.9 to 77.1 m 2 g −1 . Structural analysis confirms the generation of covalent Si─C and Si─O─C bonds on the Si surface via photothermal conversion. In the LIB application, the laser‐treated Si/C‐CNT exhibits an enhanced electrochemical performance relative to the untreated anode, with a 37% increase in capacity retention at 3.0C and a more than two‐fold increase in capacity retention after 100 cycles at 1.5 A g −1 .
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