青岛科技大学《AFM》:Si/SiO2/石墨烯，用于高性能锂离子电池

成果简介

由各种功能建筑单元组成的上层结构是硅基材料等具有极端体积变化和结构不稳定性的锂离子电池（LIB）负极的纳米结构。本文，青岛科技大学Bin Li、Lei Wang等研究人员在《Adv Funct Mater》期刊发表名为“Si/SiO2@Graphene Superstructures for High-Performance Lithium-Ion Batteries”的论文，研究通过用镁还原silicalite-1和沉积碳层，展示了自上而下制造Si/SiO2@石墨烯的路线。该结构的成功形成在于由硅纳米颗粒周围的桥接二氧化硅基体形成的强大的三维网络。此外，介孔Si/SiO2与无定形桥接SiO2有利于石墨烯层的沉积，从而产生了良好的结构稳定性和高离子/电子传输率。

优化的Si/SiO2@graphene超级结构阳极在500次循环中提供了出色的循环寿命，在2 A g-1时约1180 mAh g-1；在12 A g-1时提供了出色的速率能力，在0.5 mA cm-2时约7 mAh cm-2；以及非凡的机械稳定性。使用LiFePO4作为阴极的全电池测试表明，在290次循环后，其容量高达134 mAh g-1。更值得注意的是，一系列技术揭示了Si/SiO2@graphene的上层结构电极可以有效地保持LIBs中电极和电解质之间的薄膜。这种Si/SiO2@graphene结构的设计阐明了在高性能LIBs中商业应用的巨大潜力。

图文导读

图1、Si/SiO2@G-S的制备步骤示意图

图2、silicalite-1和Si/SiO2-S等材料的形貌图

图3、材料表征

图4、电化学性能

图5、电池性能

图6、a-c）Si/SiO2@G-S，d-f）Si/SiO2-HF@G，g-i）Si/SiO2@G-Com在循环前、循环10次和循环50次后的原位扫描图像。

小结

总之，本文合理地设计了介孔超结构（Si/SiO2@G-S)源于由涂覆有Si纳米颗粒和石墨烯涂层的桥接SiO2形成的3D互连网络。在这里所描述的工作为不仅为锂离子电池中的硅阳极，而且为先进电池中的其他合金阳极建立高效催化剂铺平了一条实用而简单的道路。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202211648