Enhancing the cycling stability of commercial silicon nanoparticles by carbon coating and thin layered single-walled carbon nanotube webbing

碳纳米管 材料科学 自行车 碳纤维 纳米颗粒 涂层 纳米技术 化学工程 复合材料 冶金 复合数 工程类 历史 考古
作者
Wei Kang,Qixin Zhang,Yifan Jia,Xuwei Liu,Nannan Jiang,Yang Zhao,Chuxin Wu,Lunhui Guan
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:602: 234338-234338
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234338
摘要

Silicon-based anode materials are considered as the most attractive alternatives to traditional graphite anodes, thereby advancing the evolution of new-generation lithium-ion battery technology. However, the inadequate electrical conduction of silicon-based materials, along with severe volume expansion during charging and discharging processes, limits their further technological applications. Herein, a dual-layer carbon shell configuration is designed to efficiently alleviate the substantial volumetric expansion of silicon during cycles, while simultaneously improving the efficiency of both electron and lithium ions. The effectiveness of this layered buffering approach is credited to the networked structure of outer single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) layer, which is firmly attached to the inner carbon shell's surface. The modified structure not only elevates the level of electrical conduction, but also significantly reduces the internal stress due to silicon's expansion. The developed Si@C@SWCNT electrode materials exhibit high capacity of 1267.3 mA h g−1 after 500 cycles at 1 A g−1, and sustains an elevated rate capacity of 863 mA h g−1 at 8 A g−1. This study highlights the enormous potential of Si@C@SWCNT composites for use in lithium-ion batteries and provides new perspectives for further exploration and utilization of silicon-carbon anodes.
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