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学术 2024-11-06 10:53 广东

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研究概述

2024年11月3日，中南大学吴飞翔教授/李杨副教授在国际期刊Advanced Functional Materials发表题为《High-Performance Yolk-Shell Structured Silicon-Carbon Composite Anode Preparation via One-Step Gas-Phase Deposition and Etching Technique》的研究论文。

在此，为了制备高容量硅（Si）负极，研究人员开发了一种采用气相沉积和蚀刻相结合的方法制备了具有蛋黄-壳结构的硅-碳复合材料。

作为一种新型的电池领域蚀刻剂，NF₃可用于选择性蚀刻硅以定制结构。

Si颗粒作为自我牺牲的前驱体，无需事先构建人工或复杂的模板，从而大大简化了制造过程，展示了实用性。

结果表明，蛋黄壳结构的硅碳复合材料可以一步制备成功。

Si和碳层之间的充足缓冲空间能够容纳Si在锂化过程中的显著膨胀，防止碳层断裂，极大提高了Si基负极的使用寿命。

此外，Si的细化颗粒和Si内核中丰富的孔隙增强了锂化和去锂化的动力学。

研究表明，即使在3.9 mg cm⁻²的高Si负载量下，制备的负极在0.2 mA cm⁻²下展现出16.3 mAh cm⁻²的优越面积容量。

此外，在4 A g⁻¹的高电流密度下，经过1000次循环后，其容量为1114 mAh g⁻¹，容量保持率为96.3%。

另外，通过预锂化，它可以成功地与三氟化铁正极配对，以构建高能锂离子电池。

图文解读

图1：材料表面元素和化学状态的XPS分析

图2：pSi@void@NFC电极的电化学行为

图3：pSi@void@NFC//FeF₃@C全电池的电化学性能

文献信息

High-Performance Yolk-Shell Structured Silicon-Carbon Composite Anode Preparation via One-Step Gas-Phase Deposition and Etching Technique, Advanced Functional Materials, 2024. https://doi.org/10.1002/adfm.202406579

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