Scalable synthesis of ant-nest-like bulk porous silicon for high-performance lithium-ion battery anodes

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作者
Weili An,Biao Gao,Shixiong Mei,Ben Xiang,Jijiang Fu,Lei Wang,Qiaobao Zhang,Paul K. Chu,Kaifu Huo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1): 1447-1447 被引量:770
标识
DOI:10.1038/s41467-019-09510-5
摘要

Abstract Although silicon is a promising anode material for lithium-ion batteries, scalable synthesis of silicon anodes with good cyclability and low electrode swelling remains a significant challenge. Herein, we report a scalable top-down technique to produce ant-nest-like porous silicon from magnesium-silicon alloy. The ant-nest-like porous silicon comprising three-dimensional interconnected silicon nanoligaments and bicontinuous nanopores can prevent pulverization and accommodate volume expansion during cycling resulting in negligible particle-level outward expansion. The carbon-coated porous silicon anode delivers a high capacity of 1,271 mAh g −1 at 2,100 mA g −1 with 90% capacity retention after 1,000 cycles and has a low electrode swelling of 17.8% at a high areal capacity of 5.1 mAh cm −2 . The full cell with the prelithiated silicon anode and Li(Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 )O 2 cathode boasts a high energy density of 502 Wh Kg −1 and 84% capacity retention after 400 cycles. This work provides insights into the rational design of alloy anodes for high-energy batteries.
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