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Synthesis and performance of nanostructured silicon/graphite composites with a thin carbon shell and engineered voids

材料科学 石墨 阳极 复合数 纳米技术 涂层 纳米结构 碳纤维 复合材料 结块 千分尺 电极 冶金 物理化学 化学 物理 光学
作者
Maziar Ashuri,Qianran He,Yuzi Liu,Satyanarayana Emani,Leon L. Shaw
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:258: 274-283 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2017.10.198
摘要

Utilizing silicon as an anode material for Li-ion batteries has been the subject of many studies. However, due to the huge volume change of silicon during lithiation, the electrochemical performance of silicon is poor. Here, we have investigated a novel yet simple approach to synthesize nanostructured silicon/graphite composites with a carbon coating and engineered voids. High-energy ball mill is employed to convert micrometer-sized silicon and graphite to nanostructured silicon/graphite composite building blocks, while a thin carbon coating is applied to encapsulate these composite agglomerates, followed by partial etching of silicon to create engineered voids inside the composite agglomerates. The batteries made with this tailored nanostructure exhibit improved electrochemical performance over the counterparts made with silicon nanoparticles and exhibited a specific capacity of ∼1800 mA h g−1 discharge capacity at the first cycle, 580 mA h g−1 after 40 cycles, and 350 mA h g−1 after 300 cycles. This study has established a novel method scalable at industry environment and capable of producing low cost Si anodes and clearly shown that the cycle stability of the tailored nanostructure improves with increasing engineered voids in the range we have investigated.
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