One dimensional (1D) nanostructured silicon as anode for rechargeable lithium-ion batteries

Abstract

Eindimensionale (1D) Siliziumnanodrähte (SiNWs) und schwarzes Silizium (b-Si), hergestellt mit metallunterstütztem chemischen Ätzen (MaCE) bzw. reaktivem Ionenätzen per induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-RIE), werden als neuartiges Anodenmaterial für Lithium-Ionenbatterien untersucht. Die elektrochemischen Studien von SiNWs und b-Si wurden in Halbzellen durchgeführt, mit LiPF6 in EC-DEC als Elektrolyt mit einem Separator aus Glasfasern. Sowohl SiNWs als auch b-Si können ihre Struktur während des Li-Einbaus und -Ausbaus trotz der großen Volumenveränderung beibehalten. Die elektrochemischen und mikrostrukturellen Eigenschaften des metallbeschichteten nanostrukturierten Si vor und nach den Zyklen werden im Detail diskutiert.

One dimensional (1D) silicon nanowires (SiNWs) and black silicon (b-Si) fabricated via metal assisted chemical etching (MaCE), and inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) methods respectively, are investigated as new anode material in lithium-ion batteries. The electrochemical studies of the SiNWs and b-Si have been performed in halfcells using LiPF6 in EC-DEC as electrolyte with a glass fiber separator. Both SiNW and b-Si electrodes can maintain their structure during Li-insertion and extraction processes despite large volume expansion. The electrochemical and microstructural properties before and after cycling of the metal-coated nanostructured Si will be discussed in detail.