Facile Preparation of Porous Carbon/Silicon Composites for High Performance Lithium-Ion Batterie Anode

阳极 锂(药物) 材料科学 复合材料 多孔性 离子 碳纤维 多孔硅 化学 复合数 冶金 有机化学 电极 医学 物理化学 内分泌学
作者
Duo Wang,Lingyu Kong,Zhang Fang,Aimin Liu,Haitao Huang,Yubao Liu,Zhongning Shi
标识
DOI:10.2139/ssrn.4712050
摘要

With the rapid development of silicon-based lithium-ion battery anode, the commercialization process highlights the importance of low-cost and short-flow production processes. The porous carbon/silicon composites (MV-C/Si) are prepared by one-step calcination using zinc citrate and nano-silicon as the primary raw materials at a temperature of 950 °C. In this composite, silicon nanoparticles are coated with a porous carbon shell with an average pore diameter of 4.49 nm, which improves the structural stability and electrochemical performance of the anode. Density-functional theory calculations show that the porous carbon enhances the electrical conductivity, facilitates the interlayer migration of Li-ion, and strengthens the gain effect of stress on conductivity. Additionally, stress further reduces the diffusion barriers of Li-ion. The MV-C/Si anode demonstrates outstanding specific capacity and rate capability, maintaining a stable specific capacity of 1170 mAh g-1 at a current density of 0.2 A g-1 after 100 cycles and retaining a reversible specific capacity of 944 mAh g-1 even at a charging current density of 2 A g-1. The carbon/silicon anode materials prepared using this strategy present a streamlined manufacturing process and exceptional performance, as well as avoiding the post-washing step, providing a pathway toward the scalable application of silicon-based anodes.

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