基于层间键合的展开石墨结构制备高机械强度硅负极材料用于锂离子电池

尽管硅基负极在高容量锂离子电池方面取得了进步，但其在实际应用中仍受限于循环过程中显著的体积膨胀，尤其是在至关重要的实际应用所需的高活性负荷条件下。这些挑战的根本原因在于材料的机械稳定性差，进而导致电极结构的失效。本文 presenting 一种新型的复合材料制备方法，将展开石墨与硅纳米粒子结合。该复合材料具有独特的层间键合石墨结构，通过应用修改的火花等离子烧结方法实现。值得注意的是，这种创新结构不仅有助于有效的离子和电子传输，还提供了卓越的机械强度（韦氏硬度：最高可达 658 MPa，施氏模量：11.6 GPa）。这种强度有效地容纳了硅的膨胀，实现了令人印象深刻的面积容量：2.9 mA h cm-2（736 mA h g-1），并保持稳定的循环寿命（100 次循环后仍保持 93%）。这种卓越的性能伴随着适合硅电池大规模工业生产的特征，例如至少 3.9 mg cm-2 的活性负荷、1.68 g cm-3 的高密度电极材料（次级簇：1.12 g cm-3），以及最高可达 1 kg/天的产能。