Continuous-Flow Synthesis of Carbon-Coated Silicon/Iron Silicide Secondary Particles for Li-Ion Batteries

材料科学 阳极 电极 硅化物 化学工程 重量分析 石墨 化学气相沉积 涂层 碳纳米管 纳米技术 碳纤维 复合材料 图层(电子) 冶金 化学 有机化学 物理化学 工程类 复合数
作者
Changshin Jo,Alexander S. Groombridge,Jean de La Verpilliere,Jung Tae Lee,Yeonguk Son,Hsin‐Ling Liang,Adam M. Boies,Michaël De Volder
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 698-707 被引量:64
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b07473
摘要

The development of better Li-ion battery (LIB) electrodes requires an orchestrated effort to improve the active materials as well as the electron and ion transport in the electrode. In this paper, iron silicide is studied as an anode material for LIBs because of its higher conductivity and lower volume expansion compared to pure Si particles. In addition, carbon nanotubes (CNTs) can be synthesized from the surface of iron-silicides using a continuous flow coating process where precursors are first spray dried into micrometer-scale secondary particles and are then flown through a chemical vapor deposition (CVD) reactor. Some CNTs are formed inside the secondary particles, which are important for short-range electrical transport and good utilization of the active material. Surface-bound CNTs on the secondary particles may help establish a long-range conductivity. We also observed that these spherical secondary particles allow for better electrode coating quality, cyclability, and rate performance than unstructured materials with the same composition. The developed electrodes retain a gravimetric capacity of 1150 mAh/g over 300 cycles at 1A/g as well as a 43% capacity retention at a rate of 5 C. Further, blended electrodes with graphite delivered a 539 mAh/g with high electrode density (∼1.6 g/cm3) and areal capacity (∼3.5 mAh/cm2) with stable cycling performance.
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