成果简介
高容量硅（Si）被广泛认为是高性能锂离子电池（LIB）的潜在负极材料。然而，硅在放电/充电过程中的巨大体积膨胀限制了其应用。在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上发表的一篇论文中，上海交通大学微纳米科学技术研究院张亚非教授课题组介绍了一种新型的三维导电网络——柔性石墨烯纤维织物（GFF），用于构建无粘合剂且自支撑的硅负极，以实现高性能锂离子电池。Si颗粒被均匀地包裹在石墨烯纤维中，石墨烯的弹性能有效应对硅的体积变化。GFF/Si-37.5%电极在100次循环后，在0.4 mA cm^-2的电流密度下展现出卓越的循环性能，比容量达到920 mA h g^-1。GFF/Si-29.1%电极在400次循环后仍保持580 mA h g^-1的可逆容量，容量保持率高达96.5%。此外，质量负载为13.75 mg cm^-2的GFF/Si-37.5%电极实现了14.3 mA h cm^-2的高面积容量，其性能优于其他自支撑Si阳极的报道。这项研究为开发用于高能量密度锂离子电池的无粘合剂、柔性和自立式Si阳极提供了新思路。
图文导读
图1展示了自立式GFF/Si-X电极的制造过程（a），以及GOF/Si、GOFF/Si和GFF/Si-X的柔韧性（b-d）。GFF/Si-37.5%电极可被冲压成1.12 cm^2面积的小圆盘（e）。
图2通过SEM图像展示了GFF/Si-37.5%的微观结构，显示了两个独立的纤维在交汇点合并为一个（a, b），以及电极的表面和横截面（c, d）。
图3对比了GFF/Si-X电极在0.4 mA cm^-2电流密度下的电化学性能，包括充电/放电电压曲线（a）、ICE比较（b）、循环性能比较（c）、GFF/Si-37.5%电极在0.2 mV s^-1扫描速率下的CV测量值（d）、倍率性能（e）以及不同重量阳极的面积容量（f）。
图4比较了GFF/Si-HI、GFF/Si-37.5%和GFF/Si-800 C电极的循环性能。
图5通过XRD图（a）、拉曼光谱（b）、TGA曲线（c）和FT-IR光谱（d）分析了GFF/Si-HI、GFF/Si-37.5%和GFF/Si-800 C电极的成分。
图6考察了GFF/Si-37.5%电极在100次放电/充电循环前后的形态，包括SEM图像（c, d）和TEM及HRTEM图像（e, f），以及元素映射（g）。
小结
本研究设计了一种基于GFF的三维导电网络，用于构建无粘合剂和自立式的Si阳极。GFF结构成功地抑制了Si在放电/充电循环中的体积膨胀。这项研究提出了一种新策略，用于制造用于高性能LIB的无粘合剂、柔性和自立式Si阳极。
文献
https://doi.org/10.1021/acsami.1c04277