环状聚丙烯腈(cPAN)具有良好的柔韧性、弹性和导电性，是一种很有前途的柔性器件基材或粘合剂材料。然而，仅仅依靠 cPAN 的有限弹性和导电性来适应大体积膨胀和提高锂离子电池硅负极的特殊速率能力是不可行的。在这里，我们报道了一种基于多维多功能结构设计的具有良好柔性的硅/碳-cPAN-石墨烯(SC-CP-G)复合膜，它可以用作锂离子电池的独立集成阳极。在该集成电极中，硅纳米颗粒被包裹在具有原位形成的受限空间的多孔碳中，并且硅/碳颗粒进一步嵌入 cPAN 纳米纤维中，其与还原的石墨烯氧化膜不可避免地交织在一起，形成互穿网络结构。独特的层次结构和功能结构设计大大提高了硅电极的机械性能，循环稳定性和容量可及性，在2Ag^-1下提供1847mAh g^-1的特定容量，150次循环后的容量保持率为87% 。


图1. Si/C-cPAN-rGO (SC-CP-G)复合材料的合成工艺。
 

图2. (a，b)矩形电极在(c)初始状态、(d)折叠状态和(e)恢复状态下的SC-CP-g .(c e)光学照片的SEM和TEM图像。
 
图3. (a)SC-CP-G和SC-CNF-G的应力-应变曲线，(b) XRD图和(c)SC-CP-G的TGA曲线，(d)N 1s的SC-CP-G电极的XPS光谱。SC-CP-G的(e)红外和(f)拉曼光谱。 
 

图4。LIBs的电化学性能。(a)扫描速率为0.1mV S^-1时，SC-CP-G在0至2.0 V之间的CV曲线。(b)SC-CP-G在0.1至10Ag^-1的各种电流密度下循环的恒电流充放电曲线。(c)SC-CP-G、S-CP-G和裸Si的速率性能。(d h)SC-CP-G、S-CP-G和裸硅电极在(d) 0.2、(e) 0.5、(f) 1、(g) 2和(h)5 Ag^-1下的循环性能。 
 
图5. (a、d、g)循环前(a) SC-CP-G、(d) S-CP-G和(g)裸Si电极的SEM图像。(b，c) SC-CP-G，(e，f) SCP-G和(h，I)裸硅电极分别在20和100次循环后的形貌。 
  
图6.(a) SC-CP-G和(b) S-CP-G的结构示意图以及长周期后的相应结果。
  
       相关科研成果由清华深圳国际研究生院Xianying Qin和Baohua Li等人于2022年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号