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Rational Design of Silicon Nanodots/Carbon Anodes by Partial Oxidization Strategy with High-Performance Lithium-Ion Storage

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作者
Shanqiang Ou,Tao Meng,Zezhong Xie,Jin Feng,Qiushi Wang,Dong Zhou,Zhongfei Liu,Kun Wang,Changgong Meng,Yexiang Tong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (43): 48801-48811 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.2c11906
摘要

Silicon (Si) is considered a promising anode material for rechargeable lithium-ion batteries (LIBs) due to its high theoretical capacity, low working potential, and safety features. However, the practical use of Si-based anodes is hampered by their huge volume expansion during the process of lithiation/delithiation, and they have relatively low intrinsic electronic conductivity, therefore seriously restricting their application in energy storage. Here, we propose a facile approach to directly transform siliceous biomass (bamboo leaves) into a porous carbon skeleton-wrapped Si nanodot architecture through a partial oxidization strategy and magnesium thermal reaction to obtain a high Si nanodot component composite (denoted as Si/C-O). With the synergistic effect of the porous carbon skeleton structure and uniformly dispersed Si nanodots, the Si/C-O composite anode with a stable structure that can avoid pulverization and accommodate volume expansion during cycling is fabricated. As expected, the biomass-converted Si/C-O anode not only presents a high Si component (59.7 wt %) by TGA but also exhibits an excellent capacity of 1013 mAh g-1 at 0.5 A g-1 and robust cycling stability with a capacity retention of 526 mAh g-1 after 650 cycles. Moreover, the Si/C-O anode demonstrates considerable performance in practical LIBs when assembled with a commercial LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode. This work provides an effective strategy and long-term insights into the utilization of porous Si-based materials converted by biomass to design and synthesize high-performance LIB materials.
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