Si/Graphite Anodes for Solid-State Batteries: Composition Selection via Electrochemical and Chemo-Mechanical Properties

材料科学 电化学 石墨 阳极 固态 作文(语言) 化学工程 纳米技术 复合材料 电极 工程物理 物理化学 语言学 工程类 哲学 化学
作者
Phuong Nam Le Pham,Marvin A. Kraft,Wolfgang G. Zeier
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c21587
摘要

Silicon-graphite composites are among the most widely used anode materials in conventional lithium-ion batteries and recently have been considered as promising candidates in lithium-ion solid-state batteries. In this work, we investigate the influence of the silicon content on the electrochemical and chemo-mechanical behaviors of different Si/graphite composites in solid-state batteries. All anode composites show that an increase of Si presence in the composite enhances the cyclability at a high current density. Using direct-current (DC) polarization and temperature-dependent electrochemical impedance spectroscopy, we observe that both electronic and ionic conductivities are sufficient across the composition series. Operando stress measurements demonstrate how the internal pressure of the anode in a solid-state battery changes as a function of the Si content. Less Si (e.g., ≤10 wt %) in the blended matrix offers smaller internal stress, while it is significantly increased at 20 wt % of Si. This study emphasizes the importance of optimizing the silicon/graphite ratio in the anode composites to balance high battery performance with stable chemo-mechanical properties.
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