環狀聚丙烯腈(cPAN)具有良好的柔韌性、彈性和導電性，是一種很有前途的柔性器件基材或粘合劑材料。然而，僅僅依靠 cPAN 的有限彈性和導電性來適應大體積膨脹和提高鋰離子電池硅負極的特殊速率能力是不可行的。在這里，我們報道了一種基于多維多功能結構設計的具有良好柔性的硅/碳-cPAN-石墨烯(SC-CP-G)復合膜，它可以用作鋰離子電池的獨立集成陽極。在該集成電極中，硅納米顆粒被包裹在具有原位形成的受限空間的多孔碳中，并且硅/碳顆粒進一步嵌入 cPAN 納米纖維中，其與還原的石墨烯氧化膜不可避免地交織在一起，形成互穿網絡結構。獨特的層次結構和功能結構設計大大提高了硅電極的機械性能，循環穩定性和容量可及性，在2Ag
-1下提供1847mAh g
-1的特定容量，150次循環后的容量保持率為87% 。
圖1. Si/C-cPAN-rGO (SC-CP-G)復合材料的合成工藝。
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圖2. (a，b)矩形電極在(c)初始狀態、(d)折疊狀態和(e)恢復狀態下的SC-CP-g .(c e)光學照片的SEM和TEM圖像。
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圖3. (a)SC-CP-G和SC-CNF-G的應力-應變曲線，(b) XRD圖和(c)SC-CP-G的TGA曲線，(d)N 1s的SC-CP-G電極的XPS光譜。SC-CP-G的(e)紅外和(f)拉曼光譜。
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圖4。LIBs的電化學性能。(a)掃描速率為0.1mV S
-1時，SC-CP-G在0至2.0 V之間的CV曲線。(b)SC-CP-G在0.1至10Ag
-1的各種電流密度下循環的恒電流充放電曲線。(c)SC-CP-G、S-CP-G和裸Si的速率性能。(d h)SC-CP-G、S-CP-G和裸硅電極在(d) 0.2、(e) 0.5、(f) 1、(g) 2和(h)5 Ag
-1下的循環性能。
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圖5. (a、d、g)循環前(a) SC-CP-G、(d) S-CP-G和(g)裸Si電極的SEM圖像。(b，c) SC-CP-G，(e，f) SCP-G和(h，I)裸硅電極分別在20和100次循環后的形貌。
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圖6.(a) SC-CP-G和(b) S-CP-G的結構示意圖以及長周期后的相應結果。
相關科研成果由清華深圳國際研究生院Xianying Qin和Baohua Li等人于2022年發表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.2c09668）上。原文：Free-Standing Stable Silicon-Based Anode with Exceptional Flexibility Realized by a Multifunctional Structure Design in Multiple Dimensions。
轉自《石墨烯研究》公眾號
