A Novel Structured Si‐Based Composite with 2D Structured Graphite for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

锂(药物) 材料科学 复合数 石墨 离子 纳米技术 化学工程 复合材料 化学 有机化学 心理学 工程类 精神科
作者
Min Ji Kim,I. C. Leu J. H. Lee,Jin Woong Lee,Dowoong Yoon,Jung Hyun Kim,Seungho Lee,Kwanghyun Kim,Patrick Joohyun Kim,Junghyun Choi,Yun Chan Kang,Dae Soo Jung
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (49): e2405005-e2405005 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202405005
摘要

Abstract Silicon is a promising alternative to graphite anodes for achieving high‐energy‐density in lithium‐ion batteries (LIBs) because of its high theoretical capacity (3579 mAh g −1 ). However, silicon anode must be developed to address its disadvantages, such as volume expansion and low electronic conductivity. Therefore, the use of silicon as composed with graphite and carbon anode materials is investigated, which requires properties such as a spherical morphology for high density and encapsulation of silicon particles in the composite. Herein, a graphite@silicon@carbon (Gr@Si@C) micro‐sized spherical anode composite is synthesized by mechanofusion process. This composite comprises an outer surface, middle layer, and core pore, which are formed by the capillary force arising from 2D structured graphite and pitch properties. This structure effectively addresses the intrinsic issues associated with Si. Gr@Si@C exhibits a high capacity of 1622 mAh g −1 and capacity retention of 72.2% after 100 cycles, with a high areal capacity 4.2 mAh cm −2 . When Gr@Si@C is blended with commercial graphite, the composite exhibits high capacity retention and average Coulombic efficiency after cycling. The Gr@Si@C blended electrode exhibits a high energy density of 820 Wh L −1 with ≈16% metallic Si in the electrode (40 wt.% composite), enabling the realization of practical commercial LIBs.
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