聚合物衍生SiOC与石墨烯气凝胶复合作为高稳定性锂离子电池负极
材料科学
2021-04-15 v1
摘要
非晶聚合物衍生氧碳化物硅（SiOC）是锂离子电池负极的一种有吸引力的候选材料，可替代理论容量限于372 mAh/g的石墨。然而，由于碳簇分布稀疏和活性位点效率低，SiOC往往表现出较差的传输性能和循环性能。为克服这些限制，我们通过溶剂辅助将聚合物前驱体浸渗到改性三维石墨烯气凝胶骨架中，设计并制备了层状石墨烯SiOC异质结构。高熔点溶剂的使用促进了前驱体冷冻干燥，随后热解得到负载于氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶表面的SiOC层。此处采用的制备方法改变了SiOC相的组成和微观结构。在所研究的材料中，中等SiOC含量的样品获得了最高性能，其中石墨烯网络占体系的19.8 wt%。在这些材料中，低充电速率下实现了751 mAh/g的稳定可逆充电容量。在1480 mA/g的高充电速率下，连续1000次循环后容量保持率约为95%（352 mAh/g）。在所有速率下，首圈后库仑效率均保持在99%以上。与无支撑SiOC相比，石墨烯气凝胶SiOC纳米复合材料各项指标性能均大幅提升。该性能归因于多尺度机制。SiOC中富氧SiO4-xCx四面体单元和连续自由碳网络提供了可逆锂化位点，而层状石墨烯SiOC异质结构提供了高离子和电子传输。
引用
@article{arxiv.2104.06759,
title = {Polymer-Derived SiOC Integrated with a Graphene Aerogel As a Highly Stable Li-Ion Battery Anode},
author = {Gaofeng Shao and Dorian A. H. Hanaor and Jun Wang and Delf Kober and Shuang Li and Xifan Wang and Xiaodong Shen and Maged F. Bekheet and Aleksander Gurlo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.06759},
year = {2021}
}