Prelithiated Carbon Nanotube‐Embedded Silicon‐based Negative Electrodes for High‐Energy Density Lithium‐Ion Batteries

材料科学 锂(药物) 碳纳米管 电极 离子 锂离子电池的纳米结构 纳米技术 能量密度 纳米管 碳纤维 碳纳米管量子点 工程物理 化学工程 光电子学 复合材料 电化学 复合数 物理化学 有机化学 医学 化学 内分泌学 工程类
作者
Leyla Ünal,Viviane Maccio‐Figgemeier,Lukas Haneke,Gebrekidan Gebresilassie Eshetu,Johannes Kasnatscheew,Martin Winter,Egbert Figgemeier
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:11 (21) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/admi.202400024
摘要

Abstract Multi‐walled carbon Nanotubes (MWCNTs) are hailed as beneficial conductive agents in Silicon (Si)‐based negative electrodes due to their unique features enlisting high electronic conductivity and the ability to offer additional space for accommodating the massive volume expansion of Si during (de‐)lithiation. However, both MWCNTs and Siirreversibly consume an enormous amount of Li inventory to principally form a Solid Electrolyte Interphase (SEI) and due to other parasitic reactions, which results in lowering the Coulombic Efficiency (CE), rapid decrease in reversible capacity, and shorter battery life.To tackle these hurdles, electrochemical prelithiation is adopted as a taming strategy to mitigate the large capacity loss (nearly reducing the first irreversible capacity by ≈60%) of MWCNT‐Si/Graphite (Gr) negative electrode‐based full‐cells. In contrast, a yardstick negative electrode utilizing commercially used Super P (Super P‐Si/Gr) showed a reduction of ≈47% after in vitro pre‐doping with lithium, which is considerably smaller compared to that of MWCNTs‐based electrode design. Furthermore, the Initial CE, life cycle, and rate capability are enhanced by prelithiation. Interestingly, prelithiation brings more impact on MWCNTs ‐Si/Gr than with Super P‐Si/Gr design. An in‐depth analysis using X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), RAMAN Spectroscopy, Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR FTIR), laser microscopy, and Scanning Electron Microscopy (SEM) reveal deeper insights into the differences in SEI layer between prelithiated MWCNTs and their Super P‐based electrode counterparts.
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