Dual structure engineering of SiOx-acrylic yarn derived carbon nanofiber based foldable Si anodes for low-cost lithium-ion batteries

材料科学 阳极 法拉第效率 电解质 介电谱 复合材料 化学工程 锂(药物) 涂层 电化学 电极 化学 光电子学 医学 物理化学 内分泌学 工程类
作者
Zhongling Cheng,Peng Pan,Liyuan Jiang,Jieting Mao,Changke Ni,Zixi Wang,Mengmeng Zhang,Yaru Zhang,Yingsong Yu,XingXing Zhai,Yi Hu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:628: 530-539 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.07.186
摘要

Silicon (Si) is attracted much attention due to its outstanding theoretical capacity (4200 mAh/g) as the anode of lithium-ion batteries (LIBs). However, the large volume change and low electron/ion conductivity during the charge and discharge process limit the electrochemical performance of Si-based anodes. Here we demonstrate a foldable acrylic yarn-based composite carbon nanofiber embedded by Si@SiOx particles (Si@SiOx-CACNFs) as the anode material. Since the amorphous SiOx and carbon (C) coating on the outside of the Si particles can provide a double buffer for volume expansion while reducing the contact between the Si core and the electrolyte to form a thin and stable solid electrolyte interface (SEI) film. Simultaneous in-situ electrochemical impedance spectroscopy (in-situ EIS) and galvanostatic intermittent titration technique (GITT) tests show that SiOx and C have higher ion/electron transport rates, and in addition, using acrylic fiber yarn and Zn(Ac)2 as raw materials reduces the manufacturing cost and enhanced mechanical properties. Therefore, the half-cell can achieve a high initial Coulombic efficiency (ICE) of 82.3% and a reversible capacity of 1358.2 mAh/g after 180 cycles. It can return to its original shape and remain intact after four consecutive folds, and the soft-pack full battery can also light up LED lights under different bending conditions.
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