成果简介
碳涂层一直是解决锂离子电池（LIB）中硅基负极循环过程中严重的结构退化和导电性差的有效方法。然而，传统的涂层碳通常是紧密的，因此限制了快速充电率和高比容量。本文，廊坊师范学院Yanhong Lu、南开大学化学学院马延风等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Graphene supported double-layer carbon encapsulated silicon for high-performance lithium-ion battery anode materials”的论文，研究通过在表面原位形成金属有机骨架，硅颗粒首先被内部碳层覆盖。随后与蔗糖和氧化石墨烯的混合物发生溶剂热反应，沉积了硅颗粒外的第二层碳层，同时形成了高导电性的石墨烯网络。经过高温热解工艺，制备了向内多通道碳和向外致密活性炭的石墨烯基体负载硅材料。
这种独特的核心/双层碳结构与高导电性石墨烯框架相结合，使该材料在锂存储容量和循环稳定性方面作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。这项工作可以为LIBs的高能和低成本硅基阳极提供一种替代方法。
图文导读
图1。石墨烯/IOC@Si 的制造过程示意图。
图2。制备样品的形态和结构分析。
图3。石墨烯/IOC@Si的形貌和微观结构分析。
图4。石墨烯/IOC@Si 和 Graphene/C@Si 阳极对照样品的电化学性能。
图5。锂离子存储行为的动力学分析。
小结
综上所述，成功合成了由均匀分散在石墨烯骨架中的双层碳包覆硅纳米粒子组成的三元石墨烯/IOC@Si负极材料。原位 MOFs 衍生内部碳层，为电子和离子传输提供足够的通道。蔗糖衍生的外碳层抑制了硅纳米粒子的体积效应。石墨烯基质提供了足够的空间来分散和锚定硅纳米颗粒，加速电解质离子，同时提供稳定的导电网络。锂存储机理和扩散动力学分析表明，所设计的双层碳，尤其是内层碳，有效地促进了锂离子向硅表面的扩散。因此，作为LIBs负极材料，石墨烯/IOC@Si 复合材料具有高比容量、出色的倍率性能和出色的循环稳定性。本工作研究的材料和制备方法可以很容易地用于大规模生产高性能硅基锂离子电池电极材料。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.10.010
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