A Micrometer‐Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch in Nanoporous Silicon

材料科学 阳极 纳米孔 电解质 纳米技术 多孔性 化学工程 千分尺 碳纤维 制作 复合材料 复合数 电极 光电子学 病理 物理化学 工程类 物理 光学 化学 医学 替代医学
作者
Sujong Chae,Yaobin Xu,Ran Yi,Hyung‐Seok Lim,Dušan Veličković,Xin Li,Qiuyan Li,Chongmin Wang,Ji‐Guang Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (40) 被引量:114
标识
DOI:10.1002/adma.202103095
摘要

Abstract Porous silicon (Si)/carbon nanocomposites have been extensively explored as a promising anode material for high‐energy lithium (Li)‐ion batteries (LIBs). However, shrinking of the pores and sintering of Si in the nanoporous structure during fabrication often diminishes the full benefits of nanoporous Si. Herein, a scalable method is reported to preserve the porous Si nanostructure by impregnating petroleum pitch inside of porous Si before high‐temperature treatment. The resulting micrometer‐sized Si/C composite maintains a desired porosity to accommodate large volume change and high conductivity to facilitate charge transfer. It also forms a stable surface coating that limits the penetration of electrolyte into nanoporous Si and minimizes the side reaction between electrolyte and Si during cycling and storage. A Si‐based anode with 80% of pitch‐derived carbon/nanoporous Si enables very stable cycling of a Si||Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O 2 (NMC532) battery (80% capacity retention after 450 cycles). It also leads to low swelling in both particle and electrode levels required for the next generation of high‐energy LIBs. The process also can be used to preserve the porous structure of other nanoporous materials that need to be treated at high temperatures.
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