One-Step Low-Temperature Molten Salt Synthesis of Two-Dimensional Si@SiOx@C Hybrids for High-Performance Lithium-Ion Batteries

材料科学 阳极 石墨烯 硅 化学工程 锂(药物) 熔盐 碳纤维 阴极 纳米技术 复合数 复合材料 光电子学 电极 冶金 医学 工程类 内分泌学 物理化学 化学
作者
Qian Liu,Xiang Ming Hu,Yangjie Liu,Zhenhai Wen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (50): 55844-55855 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acsami.0c15882
摘要

Various strategies have been developed to mitigate the huge volume expansion of a silicon-based anode during the process of (de)lithiation and accelerate the transport rate of the ions/electrons for lithium-ion batteries (LIBs). Here, we report a one-step synthetic route through a low-temperature eutectic molten salt (LiCl–KCl, 352 °C) to fabricate two-dimensional (2D) silicon–carbon hybrids (Si@SiO x @MpC), in which the silicon nanoparticles (SiNPs) with an ultrathin SiO x layer are fully encapsulated by graphene-like carbon nanosheets derived from a low-cost mesophase pitch. The combination of an amorphous graphene-like carbon conductive matrix and a SiO x protective layer strongly promotes the electrical conductivity, structure stability, and reaction kinetics of the SiNPs. Consequently, the optimized Si@SiO x @MpC-2 anode delivers large reversible capacity (1239 mAh g –1 at 1.0 A g –1 ), superior rate performance (762 mAh g –1 at 8 A g –1 ), and long cycle life over 600 cycles (degradation rate of only 0.063% every cycle). When coupled with a homemade nano-LiFePO 4 cathode in a full cell, it exhibits a promising energy density of 193.5 Wh kg –1 and decent cycling stability for 200 cycles at 1C. The methodology driven by salt melt synthesis paves a low-cost way toward simple fabrication and manipulation of silicon–carbon materials in liquid media.
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