Формирование стабильной аморфной фазы в покрытом углеродом кремнии при глубоком электрохимическом литировании

Abstract

Изучено электрохимическое поведение микро- и нанопорошков кремния с нанесенным физическим (механический размол) и химическим (пиролиз) методами углеродным покрытием как активных материалов отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов. Установлена уникальная роль углерода в формировании стабильной (некристаллизующейся) аморфной фазы в наружном слое кремния при его глубоком литировании. Эта фаза способствует увеличению сохраняемости обратимой емкости кремниевых электродов и снижению их накопленной необратимой емкости. Покрытый углеродом нанокремний имеет обратимую удельную емкость 2029 мА·ч/г, эффективность первого цикла 81,3 % и сохраняемость обратимой емкости 90,8 % после 100 циклов в режиме пт/пн (С/2, 5мВ, С/200), пт (С/2, 1,0 В).

Вивчена електрохімічна поведінка мікро- і нанопорошків кремнію з нанесеним фізичним (механічний розмол) і хімічним (піроліз) методами вуглецевим покриттям як активних матеріалів негативного електроду літій-іонних акумуляторів. Встановлено унікальну роль вуглецю у формуванні стабільної (тобто такої, що не кристалізується) аморфної фази у зовнішньому шарі кремнію при його глибокому літіюванні. Ця фаза сприяє покращенню зберігання оборотної ємності кремнієвих електродів і зниженню їхньої накопиченої необоротної ємності. Вкритий вуглецем нанокремній має оборотну питому ємність 2029 мАгод/г, ефективність першого циклу 81,3 % і зберігання оборотної ємності 90,8 % після 100 циклів в режимі пс/пн (С/2, 5 мВ, С/200), пс (С/2, 1,0 В).

Investigation of electrochemical behaviour of the micro- and nanosilicon powders, coated with carbon by physical (mechanical milling) and chemical (pyrolysis) methods, as anodes for Li-ion batteries have been carried out. Unique role of carbon in forming a stable (noncrystalized) amorphous phase in silicon outer region upon deep lithiation has been revealed. The amorphous phase facilitates to enhancing the capacity retention and decreasing the accumulated irreversible capacity of the silicon electrodes. Carbon-coated nanosilicon composite has the reversible capacity 2029 mAh/g, first cycle efficiency 81.3 % and capacity retention 90.8 % after 100 cycles in the mode: cc/cv (C/2, 5 mV, C/200), cc(C/2, 1.0 V).