High-areal-capacity of micron-sized silicon anodes in lithium-ion batteries by using wrinkled-multilayered-graphenes

材料科学 电极 阳极 锂(药物) 离子 面积密度 纳米技术 锂离子电池的纳米结构 工程物理 化学工程 复合材料 光电子学 有机化学 物理化学 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Min Seok Kang,Incheol Heo,Sangyeop Kim,Jihye Yang,Jangbae Kim,Sun‐Joon Min,Jonghyun Chae,Won Cheol Yoo
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:50: 234-242 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.05.025
摘要

Even nanostructured Si electrodes have demonstrated stable electrochemical performances in lithium-ion batteries (LIBs), complex process and high-cost of nanostructured Si electrodes are far from industry standards. Thus, utilization of commercially available low-cost Si microparticles with high-performance is highly necessary for high-energy-density LIBs. Herein, we demonstrate a simple and scalable method to utilize commercially available Si microparticles ( ca. 7 μm) with wrinkled-multilayered-graphenes (Si-WMGs) for high-areal-capacity LIBs. The WMGs provide not only mechanical flexibility for mitigating large volume change of Si microparticles during deep charge/discharge processes, but also good adhesion property to effectively coalesce Si microparticles, and high electrical conductivity, resulting in binder- and conductor-free thick electrodes. The Si-WMG electrodes showed high initial areal capacities of 12.5 mAh cm −2 at 0.1 C and 7.1 mAh cm −2 even at a very high rate of 2 C, with outstanding long-term stability with 5.3 mAh cm −2 at 2 C for over 240 cycles. Furthermore, a full cell composed of Si-WMG and lithium cobalt oxide presented 3.13 mAh cm −2 and a stable cycling performance (90.3% retention after 100 cycles) in a practical cell setting, clearly demonstrating the practical applicability of Si-WMG electrodes. Therefore, the WMG as a binder and conductor could be applicable to other electrodes with a large volume change and high mass-loading for high-areal-capacity LIBs.
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