Towards a Fundamental Understanding of the Improved Electrochemical Performance of Silicon–Carbon Composites

材料科学 复合材料 碳纤维 硅 复合数 拉曼光谱 碳化硅 纳米 热解 电化学 千分尺 化学工程 电极 冶金 工程类 物理 物理化学 光学 化学
作者
Juliette Saint,Mathieu Morcrette,Dominique Larcher,Lydia Laffont,Shane D. Beattie,Jean-Paul Pérès,David Talaga,M. Couzi,Jean‐Marie Tarascon
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:17 (11): 1765-1774 被引量:273
标识
DOI:10.1002/adfm.200600937
摘要

Abstract Silicon–carbon composites consisting of Si particles embedded in a dense and non‐porous carbon matrix are prepared by the pyrolysis of intimate mixtures of poly(vinyl chloride) (PVC) and Si powder at 900 °C under a flow of N 2 . In contrast to bare micrometer‐sized (1–10 μm) and nanometer‐sized (10–100 nm) Si powders, which show poor cycling behavior with almost no capacity remaining after 15 cycles, the texture of the composite is seen to greatly enhance the reversibility of the alloying reaction of Si with Li. For instance, a capacity of ca. 1000 mA h g –1 is achieved for 20 cycles (0–2.0 V vs. Li + /Li) for a silicon–carbon composite containing nanometer‐sized Si particles. We also demonstrate that a mild manual grinding treatment degrades the cycling performance of the composites to levels as low as the parent Si, even though free Si is not released. The electrochemical measurements in conjunction with Raman spectroscopy data indicate that a huge stress is exerted on the Si domains by the in situ formed carbon. This carbon‐induced stress is found to disappear during the milling of the composites, indicating that the carbon‐induced pressure, along with the accompanying improvement in electrical connectivity, are the key parameters for the improved cycling behavior of Si versus Li.
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