硅(Si)具有較高的理論容量和較低的工作電位，在鋰離子電池(LIBs)中顯示出巨大的潛力。然而，其固有的低電導(dǎo)率和大體積膨脹在鋰化過程中導(dǎo)致了顯著的容量衰減和較差的速率能力。本文提出了一種雙約束策略，通過將Si納米粒子均勻錨定在MXene/ZIF-8衍生的碳框架內(nèi)來改善Si的鋰存儲性能。在Si/MXene@C復(fù)合材料中，Si納米顆粒分別通過形成的界面Si−O−Ti和Si−C鍵與MXene和碳緊密結(jié)合，有利于緩解Si的體積膨脹，促進界面電荷轉(zhuǎn)移。因此，Si/MXene@C復(fù)合材料在高容量(100 mA g
−1時1006.1 mAh g
−1)、穩(wěn)定的循環(huán)性能(100 mA g
−1時150次循環(huán)后862.9 mAh g
−1)和優(yōu)越的速率能力(5 A g
−1時233.3 mAh g
−1)方面展示了優(yōu)異的鋰存儲性能，表明其作為下一代高性能鋰電池陽極材料的潛力。
圖1 Si/MXene@C復(fù)合材料的制備過程示意圖。
圖2. (a) Si、(b) Si@C、(c) Si/MXene和(d) Si/MXene@C的SEM圖像。Si/MXene@C的(e, f) TEM， (g) HRTEM， (h) SAED和(i) STEM圖像以及Si, Ti, C和O的相應(yīng)元素映射圖像。
圖3 (a) XRD圖案，(b)拉曼光譜，和(c) Si/MXene@C, Si/MXene, Si@C和Si的高分辨率Si 2p XPS光譜。(d) Si/MXene@C、Si和MXene的高分辨率O 1s光譜。Si/MXene@C的高分辨率(e) C 1s和(f) Ti 2p光譜。
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圖4. (a) 0.1 mV s
−1的CV曲線和(b) 100 mA g
−1的Si/MXene@C在最初三個循環(huán)中的恒流充放電曲線。在(c) 100 mA g
−1和(e) 1 A g
−1的電流密度下，Si/MXene@C, Si/MXene和Si@C的循環(huán)性能。(d) Si/ MXene@C的速率性能。
圖5。(a) Si/MXene@C和(b) Si在1 ag
−1 100個循環(huán)之前和之后的俯視圖和橫斷面SEM圖像。
相關(guān)科研成果由北京化工大學有機-無機復(fù)合材料國家重點實驗室Bin Xu等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02594)上。原文：Dual Confinement of Si Nanoparticles in a MXene/ZIF-8-Derived Carbon Framework for Lithium-Ion Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
