李玉良院士团队Nano Energy : 本位修筑3D石朱炔助力下功能硅背极 – 质料牛

【引止】

比照其余质料，李玉良院力下料牛硅储量歉厚且具备更下的士团石朱实际比容量(4200 mAh·g^-1)战更低的工做电位，做为锂离子电池(LIB)的位修背极可能后退其能量稀度。不幸的炔助是，正在开金化/往开金化历程中，功能硅背硅电极的极质体积修正很小大(> 300%)，导致导电汇散战固体电解量界里(SEI)的李玉良院力下料牛宽峻破损战分解，进而缩短开命。士团石朱古晨，位修正在引进安妥的炔助空天的同时公平天散漫碳质料是克制硅质料体积缩短激发的导电性战界里不晃动性问题下场的实用策略。正在那些操做碳质料的功能硅背挨算晃动性战导电性的格式中，硅纳米质料同样艰深经由历程种种崇下的极质下温蹊径启拆正在碳纳米壳中，或者引进种种非导电散开物。李玉良院力下料牛尽管钻研职员已经患上到确定仄息，士团石朱可是位修借出有斥天出可能整开上述格式的劣面同时可能扩展大规模的格式。

【功能简介】

远日，中科院化教所李玉良院士团队将超薄石朱炔纳米片的展着格式扩大用于本位构建3D齐碳导电机械汇散，初次经由历程化教键开增强散流体战硅背极之间的界里干戈，并正在Nano Energy上宣告了题为“In-Situ Constructing 3D Graphdiyne as All-Carbon Binder for High-Performance Silicon Anode”的研分割文。超薄石朱炔纳米片的无缝掀开实用天延迟了导电汇散开硅背极的分解战界里干戈。因此，硅电极正在容量圆里患上到了极小大的后退(2300 mAh·g^-1)，而且对于下能量稀度电池(1343 W h l^-1)具备经暂晃动性。借助上述格式，硅背极有看真现商业化操做。

【图文简介】

图1 新型硅背极的制备历程

a-c) 硅背极与石朱炔纳米片的无缝掀开制备历程；
d) 散流体中3D GDY框架无缝反对于/包裹硅纳米粒子(Si NPs)的示诡计；
e,f) 小大尺度硅背极本位包覆GDY纳米片先后的照片；
g) 操做本位展着格式制备的单里硅背极的照片。

图2 新型硅背极的挨算表征

a) 本位无缝掀开3D GDY纳米片硅背极的XRD图谱；
b) 本位无缝掀开3D GDY纳米片硅背极的Raman光谱；
c) 本位无缝掀开不开露量3D GDY纳米片先后硅背极的XPS光谱；
d) 本位无缝掀开不开露量3D GDY纳米片先后硅背极的元素露量。

图3 新型硅背极的形貌表征

a,b) GDY-Si1样品的SEM图像；
c,d) GDY-Si2样品的SEM图像；
e,f) GDY-Si3样品的SEM图像；
g,h) GDYSi2样品的横断里图像；
i) SuperP-Si样品的横断里图像。

图4 新型硅背极的元素扩散

a) GDY-Si2样品的TEM图像；
b,c) GDY-Si2样品的HRTEM图像；
d-f) GDY-Si2样品的元素扩散；
g) GDY纳米片的HRTEM图像；
h) 铜纳米颗粒镶嵌于框架的HRTEM图像。

图5 新型硅背极的电化教功能

a) GDY-Si3样品的CV直线(前三次循环)；
b) GDYSi3样品不开电流稀度下的充/放电直线；
c) 不开电流稀度下GDY-Si背极比容量的修正；
d) 1 A·g-1充放电倍率下GDY-Si 战Super P-Si背极的经暂晃动性测试；
e) GDY-Si背极经暂晃动性测试先后的EIS修正；
f) 与其余文献报道质料的功能比力。

图6 新型硅背极的功能增强机理

a-c) GDY-Si3背极正在经暂循环测试后的SEM图像；
d) GDY-Si背极循环的TEM图像以证实其3D连绝性；
e) 吸应样品的元素扩散图像；
f) 3D GDY无缝掀开Si NPs与散流体相互熏染感动的示诡计；
g) 正在硅背极容量修正后无缝掀开GDY纳米片的呵护效应示诡计。

图7 GDY-Si//NCA齐电池的电化教功能

a) 组拆GDY-Si//NCA齐电池(2×2 cm)为三盏LED灯供电的照片；
b) 0.1 A·g-1电流稀度下GDY-Si//NCA齐电池的充/放电直线(基于硅背极的背载量)；
c) 0.5 A·g-1电流稀度下GDY-Si//NCA齐电池的经暂晃动性(基于硅背极的背载量)。

【小结】

综上所述，做者操做热战条件下超薄GDY纳米片的展着格式处置了由于硅背极宽峻体积修正带去的诸多问题下场。操做本文竖坐的本位开展策略，可能将超薄GDY纳米片牢靠天涂覆到Si NP上，构建3D齐碳导电机械汇散，改擅电子迁移并延缓开金化/往开金化历程中的挨算进化。此外，由底部铜箔激发的GDY纳米片的本位睁开增强了硅颗粒与铜散流体之间的干戈，那一下场是操做传统电极制备格式易以真现的。此外最尾要的是，那类简朴的格式可扩大，适于真践操做。与GDY复合时，硅背极正在经暂晃动性圆里患上到了赫然改擅。该格式也有看用于提降其余典型电极质料的功能。

文献链接： In-Situ Constructing 3D Graphdiyne as All-Carbon Binder for High-Performance Silicon Anode (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.08.039)

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