Adjustable Dimensionality of Microaggregates of Silicon in Hollow Carbon Nanospheres: An Efficient Pathway for High-Performance Lithium-Ion Batteries

材料科学 阳极 纳米技术 锂(药物) 纳米点 碳纤维 离子 化学工程 电极 光电子学 复合材料 化学 复合数 工程类 内分泌学 物理化学 有机化学 医学
作者
Ruiyu Zhu,Lixiang Li,Zehua Wang,Shengqiang Zhang,Jie Dang,Xiaojie Liu,Hui Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (1): 1119-1133 被引量:58
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c08866
摘要

Silicon, as an anode candidate with great promise for next-generation lithium-ion batteries (LIBs), has drawn massive attention. However, the deficiencyies of tremendous volume change and intrinsic low electron/ion conductivity will hinder its further development. To cope with these bottlenecks, from the aspect of dimension design concept, the diverse dimensionality of microaggregates derived from cogenetic Si/C nano-building blocks was explored rather than the conventional strategies such as morphology control, structure design, and composition adjustment of Si/C. Herein, constructing silicon-carbon hybrid materials considering component dimensional variation and dimensional hybridization is beneficial to enhance lithium storage performance. Initiating from 0D silicon nanodots evenly immersed in the interior and skeleton of a hollow carbon shell (SHC) nanosphere, the 1D SHC nanospheres interconnected with nitrogen doping carbon necklace fiber, a 2D SHC nanospheres directional arranged plane, and a 3D SHC nanospheres self-aggregated microsphere will be elaborately and favorably designed and composed. Then, three different as-prepared dimensional materials deliver their inherent superiority in chemical, physical, and electronic properties containing 1D high aspect ratio, 2D fast electron/ion diffusion kinetics, and 3D efficient conductive networks, yielding effectively enhanced electrochemical performance, respectively.
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