Engineering a Low-Strain Si@TiSi2@NC Composite for High-Performance Lithium-Ion Batteries

材料科学 离子 复合数 锂(药物) 复合材料 拉伤 工程物理 光电子学 内分泌学 医学 内科学 量子力学 物理 工程类
作者
Wen Zhang,Wanming Li,Siwei Gui,Xinxin Wang,Zihan Zhang,Qin Chen,Junhong Wei,Shuibin Tu,Xiangrui Duan,Xiancheng Wang,Kai Cheng,Renming Zhan,Yuchen Tan,Feifei Fan,Yun Zhang,Huiqiao Li,Yongming Sun,Huamin Zhou,Hui Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (20): 26234-26244 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03759
摘要

The huge volume expansion/contraction of silicon (Si) during the lithium (Li) insertion/extraction process, which can lead to cracking and pulverization, poses a substantial impediment to its practical implementation in lithium-ion batteries (LIBs). The development of low-strain Si-based composite materials is imperative to address the challenges associated with Si anodes. In this study, we have engineered a TiSi2 interface on the surface of Si particles via a high-temperature calcination process, followed by the introduction of an outermost carbon (C) shell, leading to the construction of a low-strain and highly stable Si@TiSi2@NC composite. The robust TiSi2 interface not only enhances electrical and ionic transport but also, more critically, significantly mitigates particle cracking by restraining the stress/strain induced by volumetric variations, thus alleviating pulverization during the lithiation/delithiation process. As a result, the as-fabricated Si@TiSi2@NC electrode exhibits a high initial reversible capacity (2172.7 mAh g–1 at 0.2 A g–1), superior rate performance (1198.4 mAh g–1 at 2.0 A g–1), and excellent long-term cycling stability (847.0 mAh g–1 after 1000 cycles at 2.0 A g–1). Upon pairing with LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), the assembled Si@TiSi2@NC||NCM622 pouch-type full cell exhibits exceptional cycling stability, retaining 90.1% of its capacity after 160 cycles at 0.5 C.
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