AEM: 金属有机框架承载硅用于长周期、低成本和柔性电池

开发可生物降解电极是实现环境可持续性和降低电池技术成本的重要一步。本文介绍了一种利用金属有机框架（MOF）封装硅纳米粒子（SiNPs）作为纤维素基电极内活性阳极材料的新方法。这种电极是独立的、柔性的、可生物降解的，能显著减少SiNPs在体积膨胀过程中产生的应变，从而提高SiNPs的容量和循环寿命稳定性。电极的高孔隙率创造了高效的锂（Li）离子传输通道，并增强了电解质的吸收，从而促进了电解质与活性材料之间的有效接触。其结果是电极动力学迅速，在0.5 A g−1的条件下对Li/Li+进行 1000 次循环，放电容量达到1744.6 mAh g−1，具有高度可逆性。此外，还进行了全电池测试，证明其稳定的循环性能超过3400 次，在0.5 A g−1条件下的初始放电容量保持率为80.5%。通过采用纤维素和避免使用有毒的有机溶剂和粘合剂，所提出的方法有望大幅降低锂离子电池的生产成本。拟议方法的可扩展性进一步提高了其实际可行性，为未来的电池技术提供了耐人寻味的经济意义。

图文简介

a ) Si@ZIF的一步法合成过程示意图。b，e ) MOF和Si@ZIF的SEM图像，c，g ) MOF和Si@ZIF的HR-TEM图像，d，e，h，i ) MOF和Si@ZIF的HR-TEM和相应的元素映射，j ) Si，ZIF-67和Si@ZIF的XRD图和k，l ) Si@ZIF的BET比表面积和总孔体积分析。

a )电极制备工艺流程示意图；b )制备电极( LFP、裸Si、Si@ZIF)的数码相机和SEM照片(表面和顶视图)。

Li /裸Si和Li/Si@ZIF在恒电流循环过程中的电势分布a )不同电流密度( 0 . 025、0 . 05、0 . 1、0 . 2和0 )和b )对应的库伦效率( CEs )。c ) Li/裸Si和Li/Si@ZIF在恒电流密度0.1 mA cm -2恒电流循环过程中的电势分布和d )对应的CEs。

a ) LFP/裸Si和LFP/Si@ZIF电池在2.0-4.0 V电压窗口下，充电电流密度为3C/10 ( 0.173 mA cm−2)和放电电流密度为C/2 ( 0.289 mA cm - 2)时的循环性能。b ) 1000 次循环后电极的SEM图像对应于图5a '。Top '和' Bottom '分别指滤纸上电极的上侧和下侧，分别为(对应于图2b)。

a) 随机折叠的 LFP/Si@ZIF 袋状电池的数字图像。b ) LFP/Si@ZIF软包电池和c ) Li/MWCNT纽扣电池(充电倍率= 3C/10 ,放电倍率= C/2)的循环性能。

论文信息

通讯作者： Sun-Yul Ryou