Fabrication of porous SiOx/nanoSi@C composites with homogeneous silicon distribution for high-performance Li-ion battery anodes

阳极 材料科学 多孔性 复合材料 多孔硅 电解质 锂(药物) 氧化物 复合数 化学工程 冶金 电极 化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Feng Hong,Ruxuan Zhou,Chenyu Gao,Yishao Liu,Zhenjie Sun,Yang Jiang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:947: 169511-169511 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.169511
摘要

The application of high-capacity silicon anodes in lithium batteries is restricted by the significant volume changes that occur during electrochemical alloying and long-term galvanic segregation cycles. In this work, we proposed a gas-phase magnesiothermic reduction strategy to fabricate highly porous SiOx/[email protected] (0 < x < 2) composites. This approach diffused the evaporated magnesium atoms into the interior of the SiO2, preventing the fast self-propagating magnesium thermal reduction reaction only on the surface of the silicon oxide particles and regulating the distribution and relative content of SiOx and nanoSi in the active material network. Thus, the proposed approach formed a porous structure of silicon nanocrystals that were diffusely distributed in the silicon oxide matrix. For the as-prepared SiOx/[email protected] composites, the nano-Si component increased the reversible capacity of the composite, the porous SiOx matrix suppressed the volume expansion of crystalline silicon by generating Li2O and lithium silicate protective layers, and the carbon coatings further accommodated volume expansion and increased surface contact between the active material and the electrolyte. As a result, the 0.75SiOx/[email protected] anode exhibited excellent electrochemical performance with a reversible capacity of 1067.92 mAh/g after 400 cycles at a current density of 1 A/g.
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