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Rational design of F, N-rich artificial interphase via chemical prelithiation initiation strategy enabling high coulombic efficiency and stable micro-sized SiO anodes

法拉第效率 电解质 一氧化硅 电化学 材料科学 阳极 锂(药物) 阴极 纳米技术 化学工程 化学 电极 工程类 冶金 物理化学 医学 内分泌学
作者
Quanyan Man,Hengtao Shen,Chuanliang Wei,Baojuan Xi,Shenglin Xiong,Jinkui Feng
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:92: 224-232 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.01.046
摘要

Silicon monoxide (SiO) is regarded as a potential candidate for anode materials of lithium-ion batteries (LIBs). Unfortunately, the application of SiO is limited by poor initial Coulombic efficiency (ICE) and unsteady solid electrolyte interface (SEI), which induce low energy, short cycling life, and poor rate properties. To address these drawbacks of SiO, we achieve in-situ construction of robust and fast-ion conducting F, N-rich SEI layer on prelithiated micro-sized SiO (P-μSiO) via the simple and continuous treatment of μSiO in mild lithium 4, 4′-dimethylbiphenyl solution and nonflammable hexafluorocyclotriphosphazene solution. Chemical prelithiation eliminates irreversible capacity through pre-forming inactive lithium silicates. Meanwhile, the symbiotic F, N-rich SEI with good mechanical stability and fast Li+ permeability is conductive to relieve volume expansion of μSiO and boost the Li+ diffusion kinetics. Consequently, the P-μSiO realizes an impressive electrochemical performance with an elevated ICE of 99.57% and a capacity retention of 90.67% after 350 cycles. Additionally, the full cell with P-μSiO anode and commercial LiFePO4 cathode displays an ICE of 92.03% and a high reversible capacity of 144.97 mA h g−1. This work offers a general construction strategy of robust and ionically conductive SEI for advanced LIBs.
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