Rational Design of the Robust Janus Shell on Silicon Anodes for High-Performance Lithium-Ion Batteries

材料科学 阳极 杰纳斯 电解质 石墨烯 电极 锂(药物) 电流密度 法拉第效率 纳米技术 复合材料 光电子学 医学 物理 内分泌学 物理化学 化学 量子力学
作者
Yuantao Yan,Zhixin Xu,Congcong Liu,Huanglin Dou,Jingjiang Wei,Xiaoli Zhao,Jingjing Ma,Qiang Dong,Hui Xu,Yu‐Shi He,Zhenqiang Ma,Xiaowei Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (19): 17375-17383 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsami.9b01909
摘要

The high-capacity silicon anode is regarded as a promising electrode material for next-generation lithium-ion batteries. Unfortunately, its practical application is still severely hindered by electrode fracture and unstable solid electrolyte interphase during cycling. Herein, we design a structure of encapsulating silicon in a robust “janus shell”, in which an internal graphene shell with sufficient void space is used to absorb the mechanical stress induced by volume expansion, and the conformal carbon outer shell is introduced to strongly bond the loosely stacked graphene shell and simultaneously seal the nanopores on the surface. With the ultrastable janus carbon shell, the excellent structural integrity of the electrode and stable solid electrolyte interphase layer could be effectively preserved, resulting in an impressive cycling behavior. Indeed, the as-synthesized anodes demonstrate superior cycle stability and excellent rate performance, delivering a high reversible capacity of 1416 mA h g–1 at a current density of 0.2 A g–1 and 852 mA h g–1 at a high current density of 5 A g–1. Remarkably, the superior capacity retention of 88.5% could be achieved even after 400 cycles at a high current density of 2 A g–1. More importantly, this work opens up a novel avenue to address high-capacity anodes with a large volume change.
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