環(huán)狀聚丙烯腈(cPAN)具有良好的柔韌性、彈性和導(dǎo)電性，是一種很有前途的柔性器件基材或粘合劑材料。然而，僅僅依靠 cPAN 的有限彈性和導(dǎo)電性來適應(yīng)大體積膨脹和提高鋰離子電池硅負(fù)極的特殊速率能力是不可行的。在這里，我們報(bào)道了一種基于多維多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具有良好柔性的硅/碳-cPAN-石墨烯(SC-CP-G)復(fù)合膜，它可以用作鋰離子電池的獨(dú)立集成陽極。在該集成電極中，硅納米顆粒被包裹在具有原位形成的受限空間的多孔碳中，并且硅/碳顆粒進(jìn)一步嵌入 cPAN 納米纖維中，其與還原的石墨烯氧化膜不可避免地交織在一起，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。獨(dú)特的層次結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大提高了硅電極的機(jī)械性能，循環(huán)穩(wěn)定性和容量可及性，在2Ag
-1下提供1847mAh g
-1的特定容量，150次循環(huán)后的容量保持率為87% 。
圖1. Si/C-cPAN-rGO (SC-CP-G)復(fù)合材料的合成工藝。
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圖2. (a，b)矩形電極在(c)初始狀態(tài)、(d)折疊狀態(tài)和(e)恢復(fù)狀態(tài)下的SC-CP-g .(c e)光學(xué)照片的SEM和TEM圖像。
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圖3. (a)SC-CP-G和SC-CNF-G的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，(b) XRD圖和(c)SC-CP-G的TGA曲線，(d)N 1s的SC-CP-G電極的XPS光譜。SC-CP-G的(e)紅外和(f)拉曼光譜。
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圖4。LIBs的電化學(xué)性能。(a)掃描速率為0.1mV S
-1時(shí)，SC-CP-G在0至2.0 V之間的CV曲線。(b)SC-CP-G在0.1至10Ag
-1的各種電流密度下循環(huán)的恒電流充放電曲線。(c)SC-CP-G、S-CP-G和裸Si的速率性能。(d h)SC-CP-G、S-CP-G和裸硅電極在(d) 0.2、(e) 0.5、(f) 1、(g) 2和(h)5 Ag
-1下的循環(huán)性能。
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圖5. (a、d、g)循環(huán)前(a) SC-CP-G、(d) S-CP-G和(g)裸Si電極的SEM圖像。(b，c) SC-CP-G，(e，f) SCP-G和(h，I)裸硅電極分別在20和100次循環(huán)后的形貌。
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圖6.(a) SC-CP-G和(b) S-CP-G的結(jié)構(gòu)示意圖以及長周期后的相應(yīng)結(jié)果。
相關(guān)科研成果由清華深圳國際研究生院Xianying Qin和Baohua Li等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.2c09668）上。原文：Free-Standing Stable Silicon-Based Anode with Exceptional Flexibility Realized by a Multifunctional Structure Design in Multiple Dimensions。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
