Tin Metal Improves the Lithiation Kinetics of High-Capacity Silicon Anodes

动力学 锂(药物) 阳极 材料科学 离子 纳米技术 电导率 化学工程 冶金 光电子学 化学 电极 物理化学 物理 量子力学 工程类 医学 有机化学 内分泌学
作者
Yao Kang,Na Li,Ning Li,Eric Sivonxay,Yaping Du,Kristin A. Persson,Dong Su,Wei Tong
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (6): 2281-2288 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c01867
摘要

Si-based anodes present a great promise for high energy density lithium-ion batteries. However, its commercialization is largely hindered by a grand challenge of a rapid capacity fade. Here, we demonstrate excellent cycling stability on a Si–Sn thin film electrode that outperforms pure Si or Sn counterpart under the similar conditions. Combined with the first-principles calculations, in situ transmission electron microscopy studies reveal a reduced volume expansion, increased conductivity, as well as dynamic rearrangement upon lithiation of the Si–Sn film. We attribute the improved lithiation kinetics to the formation of a conductive matrix that comprises a mosaic of nanostructured Sn, LiySn (specifically, Li7Sn2 develops around the lithiation potential of Si), and LixSi. This work provides an important advance in understanding the lithiation mechanism of Si-based anodes for next-generation lithium-ion batteries.
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