Graphene nanowalls conformally coated with amorphous/ nanocrystalline Si as high-performance binder-free nanocomposite anode for lithium-ion batteries

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作者
Guanhua Lin,Hongchun Wang,Ling Zhang,Qijin Cheng,Zhengliang Gong,Kostya Ostrikov
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:437: 226909-226909 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.226909
摘要

Silicon, one of the most promising candidates to replace graphite anodes in lithium-ion batteries (LIB), suffers from large volume change, structural instability, pulverization, shedding, and low conductivity. Here we present a LIB anode made of graphene nanowall (GNW) - Si nanocomposite ([email protected]). The GNWs featuring stable structure, large specific surface area, flexibility and excellent conductivity are grown by plasma-enhanced deposition directly on a Ni foam current collector. A mixed-phase silicon nano-layer is conformally and uniformly coated over the three-dimensional nanowall network, forming the [email protected] nanocomposite. Compared with conventional anodes, the [email protected] shows higher specific capacity, and better rate performance and capacity retention. The discharge specific capacities of the anodes made of pure Si and the [email protected] nanocomposite are 704.2 and 1116.2 mAh g−1, respectively. The [email protected] outperforms pure Si in the corresponding capacity retention (relative to the discharge specific capacity in the 4th cycle) by showing 79.1% after 200 cycles as opposed to 50.4% for Si. The [email protected] anode features large electrochemical reaction areas, short and fast transport paths for Li+ and electrons, relieved internal stress caused by Si volume expansion, and excellent electrochemical performance.

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