Prefabrication of “Trinity” Functional Binary Layers on a Silicon Surface to Develop High-Performance Lithium-Ion Batteries

阳极 电解质 材料科学 电极 锂(药物) 化学工程 溶解 阴极 纳米技术 光电子学 化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Weibo Huang,Yan Wang,Linze Lv,Xiang Li,Yueyue Wang,Wei Zheng,Honghe Zheng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 2669-2678 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c10698
摘要

The silicon (Si) anode is widely recognized as the most prospective next-generation anode. To promote the application of Si electrodes, it is imperative to address persistent interface side reactions caused by the huge volume expansion of Si particles. Herein, we introduce beneficial groups of the optimized binder and electrolyte on the Si surface by a co-dissolution method, realizing a "trinity" functional layer composed of azodicarbonamide and 4-nitrobenzenesulfonyl fluoride (AN). The "trinity" functional AN interfacial layer induces beneficial reductive decomposition reactions of the electrolyte and forms a hybrid solid-electrolyte interphase (SEI) skin layer with uniformly distributed organic/inorganic components, which can enhance the mechanical strength of the overall electrode, restrain harmful electrolyte depletion reactions, and maintain efficient ion/electron transport. Hence, the optimized Si@AN11 electrode retains 1407.9 mAh g-1 after 500 cycles and still delivers 1773.5 mAh g-1 at 10 C. In stark contrast, Si anodes have almost no reserved capacity at the same test conditions. Besides, the LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2//Si@AN11 full-cell maintains 141.2 mAh g-1 after 350 cycles. This work demonstrates the potential of developing multiple composite artificial layers to modulate the SEI properties of various next-generation electrodes.
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