High-Strength Silicon Anodes with High Tap Density via Compression Carbonization for Liquid and All-Solid-State Lithium-Ion Batteries

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作者
Rui Qiao,Xuefeng Shen,Caiwang Mao,Yunpeng Di,Shijie Zhou,Tao Jiang,Ximin Zhai,Yanhua Zhang,Wei Wang,Jiangxuan Song
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (49): 15629-15637 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04106
摘要

Despite the advantages of nanostructure design with a balance of capacity and cycle life, the low tap density (<1 g cm–3) and high swelling properties make nanostructured silicon far from practical in applications. Here, we design a free-standing silicon graphite composite integrated anode through facile one-pot sintering with pitch under pressure. The thermomechanical effect during compression carbonization enables the integrated electrode to achieve a high tap density of 1.51 g cm–3, >2 times that of typical free-standing electrodes. In situ expansion measurements demonstrate that the longitudinal expansion of integrated electrodes is <20% of that of conventional electrodes. A rational conductive framework enables integrated electrodes to exhibit remarkable cycling stability in both liquid lithium-ion batteries (77.6% capacity retention after 500 cycles) and all-solid-state lithium-ion batteries (98.5% capacity retention after 1000 cycles). In particular, integrated electrodes remain stable even with a high areal capacity of 12.6 mAh cm–2.
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