Extended Lifespan of Low-Cost Metal Silicon Anodes via a One-Step Wet Ball-Milling Process for Ultra-Thin Polymer Protecting Layer and Optimal Particle Size

材料科学 聚丙烯腈 阳极 电解质 制作 涂层 电极 化学工程 阴极 图层(电子) 纳米技术 复合材料 聚合物 冶金 物理化学 化学 病理 替代医学 工程类 医学
作者
Han Gyo Jeong,Gwanghyun Lee,Jong Hyeok Park
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (12): 6467-6473 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c00366
摘要

Silicon is a promising active material for lithium-ion batteries (LIBs) with a high theoretical capacity (∼4000 mA h g–1). However, there is a critical issue that the fabrication of the Si anode needs complicated and high-cost processes to alleviate the poor cyclic performance, such as nanostructuring. Furthermore, the Si anode requires a high component ratio of conductive agents and binder in the electrode. Herein, we report the fabrication of submicron Si particles coated by a polyacrylonitrile (PAN) layer with a highly polar nitrile group via a facile one-step wet ball-milling process. During the milling of Si particles in PAN solutions, PAN adheres to the Si surface and forms a nanometer coating layer. The nitrile groups of PAN enhance the electrolyte wettability and increase the lithium-ion pathways on the Si surface. These result in a stable solid electrolyte interphase (SEI) layer and reduce the internal resistance of the electrodes. Si anodes with an optimal particle size and PAN layer (SM-Si@PAN) exhibit a superior performance even at ultra-fast current density (50 A g–1). In addition, a full-cell with an NCM712 cathode shows an excellent performance.
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