Yolk–Shell Gradient‐Structured SiOx Anodes Derived from Periodic Mesoporous Organosilicas Enable High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

材料科学 锂(药物) 阳极 介孔有机硅 离子 介孔材料 化学工程 纳米技术 壳体(结构) 介孔二氧化硅 电极 复合材料 催化作用 有机化学 化学 内分泌学 工程类 物理化学 医学
作者
Quan Ouyang,Guangshe Li,Xin Zhang,Xu Zhao,Shilong Fu,Liping Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (6) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202305793
摘要

Abstract Gradient‐structured materials hold great promise in the areas of batteries and electrocatalysis. Here, yolk–shell gradient‐structured SiO x ‐based anode (YSG‐SiO x /C@C) derived from periodic mesoporous organosilica spheres (PMOs) through a selective etching method is reported. Capitalizing on the poor hydrothermal stability of inorganic silica in organic–inorganic hybrid silica spheres, the inorganic silica component in the hybrid spheres is selectively etched to obtain yolk–shell‐structured PMOs. Subsequently, the yolk–shell PMOs are coated with carbon to fabricate YSG‐SiO x /C@C. YSG‐SiO x /C@C is comprised of a core with uniform distribution of SiO x and carbon at the atomic scale, a middle void layer, and outer layers of SiO x and amorphous carbon. This unique gradient structure and composition from inside to outside not only enhances the electrical conductivity of the SiO x anode and reduces the side reactions, but also reserves void space for the expansion of SiO x , thereby effectively mitigating the stress caused by volumetric effect. As a result, YSG‐SiO x /C@C exhibits exceptional cycling stability and rate capability. Specifically, YSG‐SiO x /C@C maintains a specific capacity of 627 mAh g −1 after 400 cycles at 0.5 A g −1 , and remains stable even after 550 cycles at current density of 2 A g −1 , achieving a specific capacity of 519 mAh g −1 .
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