Mussel-Inspired Polydopamine Coating for Enhanced Thermal Stability and Rate Performance of Graphite Anodes in Li-Ion Batteries

材料科学 涂层 石墨 阳极 电解质 化学工程 热稳定性 图层(电子) 电化学 电极 纳米技术 复合材料 化学 物理化学 工程类
作者
Seong‐Hyo Park,Hyeon Jin Kim,Junmin Lee,You Kyeong Jeong,Jang Wook Choi,Hochun Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (22): 13973-13981 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsami.6b04109
摘要

Despite two decades of commercial history, it remains very difficult to simultaneously achieve both high rate capability and thermal stability in the graphite anodes of Li-ion batteries because the stable solid electrolyte interphase (SEI) layer, which is essential for thermal stability, impedes facile Li+ ion transport at the interface. Here, we resolve this longstanding challenge using a mussel-inspired polydopamine (PD) coating via a simple immersion process. The nanometer-thick PD coating layer allows the formation of an SEI layer on the coating surface without perturbing the intrinsic properties of the SEI layer of the graphite anodes. PD-coated graphite exhibits far better performances in cycling test at 60 °C and storage test at 90 °C than bare graphite. The PD-coated graphite also displays superior rate capability during both lithiation and delithiation. As evidenced by surface free energy analysis, the enhanced performance of the PD-coated graphite can be ascribed to the Lewis basicity of the PD, which scavenges harmful hydrofluoric acid and forms an intermediate triple-body complex among a Li+ ion, solvent molecules, and the PD’s basic site. The usefulness of the proposed PD coating can be expanded to various electrodes in rechargeable batteries that suffer from poor thermal stability and interfacial kinetics.
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