源于溪木贼的高性能锂离子电池三维多孔生物质硅/碳复合负极材料

摘要

锂离子电池硅基负极材料的理论比容量比传统石墨材料高10倍,是最有前途的锂离子电池负极材料之一.然而硅基纳米材料的制备工艺复杂、成本高昂,严重限制了锂离子电池硅负极的商业应用.本工作采用溪木贼为原料,通过深度还原、浅度氧化和碳包覆工艺制备了三维多孔生物质硅/碳复合材料(多孔3D-bio-Si/C).三维多孔结构不仅有利于Li+的快速传输,而且提供足够的空隙缓解在脱-嵌锂过程中发生的体积变化.得益于三维结构中大量的孔隙和高强度的外部碳层,多孔3D-bio-Si/C制备的电极表现出优异的电化学性能.当电流密度为1 A/g时,多孔3D-bio-Si/C的可逆容量为1243.2 mAh/g,循环400次后仍可保持933.4 mAh/g,容量保持率高达89％.利用溪木贼作为生物质硅源制备高性能硅基负极材料,实现了低成本、可规模化、绿色和可持续的合成路线,有望为Si基锂离子电池负极材料的商业应用打下基础.