自己調整機能を備えた優れた安定したリチウムストレージのためのMXene/Si@SiOx@C層状スーパー構造

非常に高い容量（4200 mAh g-1）にもかかわらず、シリコンアノードの広範な適用は、サイクリング中の著しい体積変化（最大300%）によって依然として妨げられており、これが電気接触の喪失を引き起こし、したがって貧弱なサイクル寿命での劇的な容量の減少をもたらしています。この課題に対処するために、3D先進のMxene/Siベースのスーパー構造（MXeneマトリックス、シリコン、SiOx層、および窒素ドープカーボン（MXene/Si@SiOx@C））が層状に合理的に設計および製造され、リチウムイオンバッテリー（LIB）の強化を図りました。MXene/Si@SiOx@Cアノードは、Siによって提供される高いLi+イオン容量、SiOx、MXene、およびNドープカーボンコーティングの相乗効果による機械的安定性、および層間に強いTi-N結合を形成することによって優れた構造的安定性を持っています。この興味深いスーパー構造は、リチウムストレージ性能（10Cで1000サイクル後に99.9%のコロンブ効率と76.4%の容量保持で390 mAh g-1）を向上させ、長期サイクリング後も目立った破損や粉砕なしに電極の膨張をわずか12%に効果的に抑制します。さらに、MXene/Si@SiOx@CアノードとLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）カソードを使用したソフトパッケージのフルLIBが実証され、0.2Cで171 mAh g-1の安定した容量、陽極材に基づいて485 Wh kg-1の有望なエネルギー密度、および曲げ後も200サイクルでの良好なサイクル安定性を実現しています。本研究のMXene/Si@SiOx@CはLIB用の最良のSiベースのアノード材料の1つとなります。