Integrated prelithiation and SEI engineering for high-performance silicon anodes in lithium-ion batteries

锂(药物) 阳极 离子 材料科学 工程物理 工程类 冶金 化学 物理化学 生物 有机化学 电极 内分泌学
作者
Lijiao Quan,Qili Su,Haidong Lei,Wenguang Zhang,Yingkang Deng,Jiarong He,Yong Lu,Zhe Li,Haijing Liu,Lidan Xing,Weishan Li
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf084
摘要

Abstract Improving the initial Coulombic efficiency (ICE) of silicon anodes in lithium-ion batteries is a key challenge for enhancing their performance. Traditional prelithiation methods, such as using lithium naphthalenide (Li-Naph), are limited by the low lithiation potential of crystalline silicon, making them less effective for commercial applications. This study demonstrates that amorphous silicon anodes, with a higher lithiation potential, can be effectively prelithiated using Li-Naph. This prelithiation process also forms a robust solid electrolyte interphase (SEI), which significantly enhances the anode's cycling stability and overall battery performance. The prelithiated silicon anodes achieved a remarkable ICE improvement from 74.8% to 97.2% in full cell tests. Furthermore, 27 mAh pouch cells exhibited excellent long-cycle stability and low-temperature performance, retaining 90.1% of capacity after 800 cycles at 1C. These findings highlight the potential for scalable prelithiation methods and open new avenues for advancing silicon anode technology in next-generation batteries.

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