成果简介
碳化硅（SiOC）被认为是一种很有前途的锂离子电池负极材料。然而，传统 SiOC 合成方法的复杂性和硅的显著体积膨胀限制了它的商业应用。本文，石河子大学 Feng Yu等研究人员在《Applied Surface Science》期刊发表名为“Silicon-doped multilayer graphene as anode material for secondary batteries”的论文，研究通过氯化硅（光伏废料）与富含羟基的纳米碳点（碳前驱体）之间的原位反应，石墨烯薄片成功掺杂了硅原子，生成了SiOC键。与原始石墨烯薄片相比，获得的掺硅多层石墨烯材料具有更高的比电容。此外，由于SiOC键的存在和石墨烯薄片的稳定结构，有效解决了硅体积膨胀的难题。值得注意的是，即使在 100 mA-g-1 的条件下进行了 500 次充放电循环，该阳极材料仍能保持 653 mAh-g-1 的比放电容量。这种出色的比容量主要归功于 SiOC 网络提供了更多的锂活性位点以及材料的赝电容。
图文导读
图1.（a） MLG 和 Si-MLG 材料的制备示意图;（b） CND 的 TEM 图像;MLG 的 （c）、（d） SEM 和 （e）、（f） TEM 图像;Si-MLG 的 （g）、（h） SEM 和 （i）、（j） TEM 图像;（k） Si-MLG 的 TEM 图像和相应的 EDS 映射;（l） XRD，（m） MLG 和 Si-MLG 的拉曼。
图2、MLG 和 Si-MLG表征
图3、电化学性能
图4. 电流密度为 100 mA-g-1 时，Si-MLG 电极（a）、（b）之前和（c）、（d）500 次循环后的 SEM 图像。
小结
本研究采用原位掺杂和热处理的简便策略，成功合成了富含SiOC键的 Si-MLG 材料。XPS 和 FT-IR 光谱证实了 SiOC 键的形成。SiOC 键主要是由 SiCl4（光伏废料）与富含羟基的 CND 之间的原位掺杂反应形成的，而 MLG 结构则是通过对 CND 进行热处理形成的。富含SiOC键的Si-MLG在LIB中表现出优异的阳极性能，在100 mA-g-1条件下充放电循环500次后，比放电容量保持在653 mAh-g-1。与原始 MLG 材料相比，Si-MLG 材料的 SiOC 键提供了更多的锂活性位点，从而提高了比电容。SiOC 键的引入有效限制了充放电循环过程中硅的体积膨胀，从而显著提高了阳极材料的循环稳定性。这就解决了硅基阳极常见的因体积膨胀而导致容量急剧下降的问题。本文介绍了一种制备高电容、低体积膨胀的掺硅阳极材料的简单方法。
文献：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161483
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
