Electrochemical Interface Engineering on a Silicon‐Based Anode via Fluorinated‐Additive‐Assisted Interplay with the Electric Double Layer

材料科学 阳极 电化学 双层(生物学) 接口(物质) 图层(电子) 纳米技术 化学工程 工程物理 光电子学 电极 复合材料 物理化学 毛细管作用 化学 工程类 毛细管数
作者
Ming‐Yan Yan,Yuhui Zhu,Jia‐Yan Liang,Qing‐Xiang Liu,Xusheng Zhang,Li Ge,Hua Guo,Min Fan,Wenpeng Wang,Xingyu Chen,Bao Li,Hui‐Juan Yan,Sen Xin,Hongcai Gao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202424674
摘要

Abstract Incorporating functional fluorinated additives into the electrolyte has demonstrated a promising strategy for improving the electrochemical and interfacial stability of silicon‐based anode materials. In previous studies, these additives are claimed responsible for formation of a fluorinated solid electrolyte interphase (SEI) owing to matched orbital energy level with the other electrolyte components. The electric double layer (EDL) created via ionic‐electronic coupling at a (sub)nanoscale shows potential influence on the initial SEI formation at the anode, yet the underlying relationship among electrolyte additive, EDL and SEI remains obscure. Here, it is shown that, introduction of 0.5 wt.% trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate (TMSOTF) additive into a conventional LiPF 6 ‐based electrolyte helps to refine the EDL configuration, allowing stronger participation of additive molecules and counter anions for building a fluoride‐rich layers during initial SEI formation. This dynamic maintenance of an inorganic‐rich matrix (LiF, Li x PO y F z , and Li x S y ) throughout the electrochemical process results in a SEI with optimized chemical composition, enhancing Li + transport, mechanical strength, and structural integrity. Consequently, a SiO x (x≈1) anode exhibits improved cycling and rate performance, and electrode conformality. This work helps to clarify the EDL‐SEI interplay and provide guidelines for rational design of kinetically‐stable SEI on a high‐capacity anode with substantial volume variations.
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