可扩展无溶剂制备微硅基复合阳极，用于稳定循环锂离子电池

摘要：平衡硅基复合阳极的高比容量和循环耐久性是开发下一代高能量密度锂离子电池（LIB）的重点之一。选择微硅原料和碳材料涂层策略有利于降低成本和大规模制备。然而，制备过程的简化仍是一个重大挑战，尤其是如何避免溶剂的使用。本文，陕西科技大学张利锋副教授团队、Shouw

1成果简介

平衡硅基复合阳极的高比容量和循环耐久性是开发下一代高能量密度锂离子电池（LIB）的重点之一。选择微硅原料和碳材料涂层策略有利于降低成本和大规模制备。然而，制备过程的简化仍是一个重大挑战，尤其是如何避免溶剂的使用。本文，陕西科技大学张利锋副教授团队、Shouwu Guo在《Journal of Power Sources》期刊发表名为“Scalable solvent-free preparation of micro silicon based composite anodes with dual interface protections for stable cycling lithium-ion batteries”的论文，研究提出报道了一种以微硅、沥青和石墨为原料的热压制备策略，其中沥青不仅能在不使用任何溶剂的情况下有效封装微硅，还能与石墨结合提供双重界面保护。制备的 μmSi@C/G-1 具有更高的锂存储性能，在0.2Ag-1 条件下循环100次后放电容量为497mAh g+-1，在0.5Ag-1 条件下循环300次后放电容量为430mAh g-1，表明其具有良好的速率、容量和循环耐久性。

2图文导读

图1. The schematic fabrication processes of μmSi@C/G.

图2. (a) XRD, (b) Raman and (c) XPS curves of samples. (d) Si 2p, (e) C 1s and (f) O 1s of XPS spectra of μmSi@C/G-1.

图3. SEM characterizations of samples: (a1, a2) μmSi/G, (b1, b2) μmSi@C, (c1, c2) μmSi@C/G-1 and (d1, d2) μmSi@C/G-2; (e–h) SEM and corresponding EDS images of μmSi@C/G-1.

图4. TEM and HR-TEM characterizations of samples: (a1, a2) μmSi@C and (b1, b2) μmSi@C/G-1.

图5. Electrochemical behavior testing: (a) CV and (b) GCD curves of μmSi@C/G-1. (c) Rate and (d, e) cycling properties of samples. (f) Schematic illustrations of microstructures of different electrodes with enhanced structure stability.

图6. (a) CV testing, (b) corresponding plots and (c, d) capacity contribution ratios of μmSi@C/G-1 at different scanning rates. (e) GITT and (f) EIS curves of samples.

图7. Top-view and cross-section SEM images of (a1-a4) μmSi, (b1-b4) μmSi@C and (c1-c4) μmSi@C/G-1 before and after cycles.

3小结

总之，μmSi@C/G-1 复合材料是通过热压、碳化和研磨三步制备工艺合成的。微硅采用双重保护，以平衡其结构稳定性和高比容量。特别是，沥青不仅能通过热压有效封装微硅，还能在制备过程中避免使用任何溶剂。所合成的 μmSi@C/G-1电极在100次循环后仍能保持497mAh g-1 （0.2Ag-1）的放电比容量，在300次循环后仍能保持430mAh g-1 （0.5Ag-1）的放电比容量，这表明电极具有良好的速率能力、比容量和循环耐久性，具有广阔的实际应用前景。虽然我们讨论了μmSi@C/G-1复合材料的许多优点，但仍存在一些局限性。例如，如何降低材料的制备温度将有利于能耗管理。

文献：