Biomimetics‐Inspired Architecture Enables the Strength–Toughness of Ultrahigh‐Loading Silicon Electrode

材料科学 阳极 韧性 电极 石墨烯 制作 纳米技术 复合材料 石墨 碳纤维 纳米复合材料 复合数 光电子学 病理 物理化学 化学 替代医学 医学
作者
Baoyu Sun,Shuai Wang,Shijie Zhou,Jiangning Liu,Caiwang Mao,Kefang Liu,Hao Fan,Jingying Xie,Jiangxuan Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (22) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/adfm.202314058
摘要

Abstract Silicon (Si), as one of the most promising anode candidates, is expected to improve the energy density of Li−ion batteries due to its high specific capacity (≈4200 mAh g −1 ). However, the cyclic performance of Si anode is unsatisfactory for practical usage due to its inadequate toughness when exceeding the mass loading beyond 2 mg cm −2 , which triggers unceasing electrode breakage. Here, a biomimetic Si electrode is created by interconnecting vertically aligned graphene oxide sheets with conductive carbon nanotubes (AGO−Si/C). Unlike reported structures, the AGO−Si/C electrode exhibits superior interlaminar toughness owing to its unique crumpling architecture of reversible interlayer slipping. The elastic structure releases the accumulative lithiation stress of Si nanoparticles to address the degraded inactivation. Thus, the AGO−Si/C electrode shows long−lived cycles by toughening the structure, allowing the fabrication of very thick loading (4.1 mg cm −2 ) with an impressive areal capacity of 10.0 mAh cm −2 . This discovery offers an easily scalable method for graphite/Si anode with high areal capacity that exceeds the commercial−level of 5 mAh cm −2 .
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