Abstrakt

Kohlenstoffbeschichtete, graphitierte Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen-Verbundstoffe auf Siliziumkarbidbasis für die Anode einer Lithium-Ionen-Batterie

Zhengwei Cui, Ye Cong, Xuelian Du, Xuanke Li, Jiang Zhang, Zhijun Dong, Guanming Yuan und Yanjun Li

Einzigartige Verbundstoffe aus Siliziumkarbid-Kohlenstoff (SiC-CDC) und graphitisierten Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen (GMCMB) (GMCMB@SiC-CDC) wurden durch eine Feststoffreaktion von GMCMB und Silizium und eine anschließende Ätzreaktion mit Chlor hergestellt. Die Mikrostruktur von SiC-CDC wurde als hauptsächlich amorpher Kohlenstoff in Kombination mit einigen kurzen und gekrümmten Graphitschichten charakterisiert. N2-Adsorptions-/Desorptionsisothermen und Porengrößenverteilungen bewiesen, dass die Verbundstoffe sowohl eine enorme Menge an Mikroporen mit einem Mittelpunkt von etwa 0,5 bis 0,6 nm als auch einige Mesoporen (2 bis 50 nm) aufwiesen. Die GMCMB@SiC-CDC-Verbundstoffe zeigten eine höhere spezifische Oberfläche und ein höheres Porenvolumen, insbesondere die mikroporöse Oberfläche und das mikroporöse Volumen. Die Verbundstoffe als Anodenmaterialien zeigten im ersten Zyklus deutlich höhere ladungsspezifische Kapazitäten von 877,6 mAh·g-1 im Vergleich zu reinem GMCMB mit 359,6 mAh·g-1, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass sich Li-Ionen nicht nur in Kohlenstoffschichten, sondern auch in Mikroporen einlagern konnten. Die GMCMB@SiC-CDC-Verbundstoffe zeigten bessere entladungsspezifische Kapazitäten bei höheren Lade-/Entladeraten. Die Komponenten- und elektrochemischen Leistungen der Verbundstoffe können durch Änderung des Molverhältnisses GMCMB/Si optimiert werden, um den entsprechenden Anteil von SiC-CDC und GMCMB zu steuern.