Simple and Safe Synthesis of Yolk-Shell-Structured Silicon/Carbon Composites with Enhanced Electrochemical Properties

阳极 材料科学 空隙(复合材料) 复合材料 电化学 氢氟酸 电导率 退火(玻璃) 电流密度 氧化锡 化学工程 复合数 氧化物 电极 化学 冶金 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Jinhuan Li,Min Wu,Quan Du,Gangpeng Zhai,Haiyong He
出处
期刊:Molecules [MDPI AG]
卷期号:29 (6): 1301-1301 被引量:3
标识
DOI:10.3390/molecules29061301
摘要

With its substantial theoretical capacity, silicon (Si) is a prospective anode material for high-energy-density lithium-ion batteries (LIBs). However, the challenges of a substantial volume expansion and inferior conductivity in Si-based anodes restrict the electrochemical stability. To address this, a yolk-shell-structured Si–carbon composite, featuring adjustable void sizes, was synthesized using tin (Sn) as a template. A uniform coating of tin oxide (SnO2) on the surface of nano-Si particles was achieved through a simple annealing process. This approach enables the removal of the template with concentrated hydrochloric acid (HCl) instead of hydrofluoric acid (HF), thereby reducing toxicity and corrosiveness. The conductivity of Si@void@Carbon (Si@void@C) was further enhanced by using a high-conductivity carbon layer derived from pitch. By incorporating an internal void, this yolk-shell structure effectively enhanced the low Li+/electron conductivity and accommodated the large volume change of Si. Si@void@C demonstrated an excellent electrochemical performance, retaining a discharge capacity of 735.3 mAh g−1 after 100 cycles at 1.0 A g−1. Even at a high current density of 2.0 A g−1, Si@void@C still maintained a discharge capacity of 1238.5 mAh g−1.
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