Zero‐Strain High‐Capacity Silicon/Carbon Anode Enabled by a MOF‐Derived Space‐Confined Single‐Atom Catalytic Strategy for Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 纳米反应器 纳米点 锂(药物) 拉伤 纳米技术 化学工程 电极 碳纤维 纳米颗粒 光电子学 复合数 复合材料 工程类 内科学 医学 化学 物理化学 内分泌学
作者
Bingjie Chen,Lu Chen,Lianhai Zu,Yutong Feng,Qingmei Su,Chi Zhang,Jinhu Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (21) 被引量:118
标识
DOI:10.1002/adma.202200894
摘要

Developing zero-strain electrode materials with high capacity is crucial for lithium-ion batteries (LIBs). Here, a new zero-strain composite material made of ultrasmall Si nanodots (NDs) within metal organic framework-derived nanoreactors (Si NDs⊂MDN) through a novel space-confined catalytic strategy is reported. The unique Si NDs⊂MDN anode features a low strain (<3%) and a high theoretical lithium storage capacity (1524 mAh g-1 ) which far surpasses the traditional single-crystal counterparts that suffer from a low capacity delivery. The zero-strain property is evidenced by substantial characterizations including ex/in situ transmission electron microscopy and mechanical simulations. The Si NDs⊂MDN exhibits superior cycling stability and high reversible capacity (1327 mAh g-1 at 0.1 A g-1 after 100 cycles) in half-cells and high energy density (366 Wh kg-1 after 300 cycles) in a full cell. This study reports a new catalog of zero-strain electrode material with significantly improved capacity beyond the traditional single-crystal zero-strain materials.
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