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寧夏大學(xué)王海龍Small：具有優(yōu)異電化學(xué)性能的碳紗球纏繞SiO2負(fù)極材料

各種納米SiO₂及其復(fù)合材料作為鋰離子電池的負(fù)極已表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。然而，無論是電池生產(chǎn)還是實(shí)際應(yīng)用，都需要將納米SiO₂集成到微米大小的二次粒子中，同時(shí)保持其優(yōu)異的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，這仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

寧夏大學(xué)王海龍等報(bào)道了一種獨(dú)特的碳紗球纏結(jié)SiO₂(SiO₂@CYB)結(jié)構(gòu)，將納米SiO₂纏結(jié)在一起以構(gòu)建微米級(jí)的二級(jí)粒子，從而賦予了更理想的微米級(jí)高振實(shí)密度(1.15 g cm^-3)，這使其成為未來電池技術(shù)的出色候選者。

圖1 碳紗球結(jié)構(gòu)SiO₂@CYB的合成過程

檸檬酸和乙二醇之間的縮聚反應(yīng)產(chǎn)生了長碳鏈，這些碳鏈成為纏繞在SiO₂納米顆粒周圍的碳線，構(gòu)成了紗球結(jié)構(gòu)的基本單元。纏結(jié)的碳線為SiO₂創(chuàng)造了一個(gè)電子傳導(dǎo)高速公路網(wǎng)絡(luò)，紗線球結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)彈性的3D矩陣，可以有效地緩沖鋰離子嵌入/脫嵌過程中SiO₂的各向異性體積變化。

圖2 材料的形貌表征

因此，在0.1 A g^-1下，碳紗球纏結(jié)的SiO₂可提供1297 mAh g^-1的放電容量和82 mAh g^-1的不可逆容量。纏結(jié)的碳紗球在高倍率循環(huán)（1 A g^-1）期間牢固地保持其結(jié)構(gòu)完整性，從而產(chǎn)生大的可逆容量（709 mAh g^-1，500次循環(huán)后保持90.7％）、優(yōu)異的庫侖效率（ >99.9%)，以及出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖3 對鋰的電化學(xué)性能

Carbon Yarn-Ball-Entangled SiO2 Anode with Excellent Electrochemical Performance for Lithium-Ion Batteries. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202103878

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