Control and Optimization of the Electrochemical and Mechanical Properties of the Solid Electrolyte Interphase on Silicon Electrodes in Lithium Ion Batteries

电解质 材料科学 介孔材料 锂(药物) 相间 电化学 钝化 电极 快离子导体 化学工程 离子 相(物质) 电化学电位 纳米技术 图层(电子) 化学 冶金 有机化学 物理化学 催化作用 内分泌学 工程类 生物 医学 遗传学
作者
Anton Tokranov,Ravi Kumar,Chunzeng Li,S. C. Minne,Xingcheng Xiao,Brian W. Sheldon
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:6 (8) 被引量:98
标识
DOI:10.1002/aenm.201502302
摘要

The formation of the solid electrolyte interphase (SEI) on Si is examined in detail using several in situ techniques. The results show that employing different conditions during the first lithiation cycle produces SEI films with substantially different properties. Longer time at higher potentials produces softer SEI, whereas inorganic phases produced at lower potentials have higher elastic moduli. The SEI thickness stabilizes during the first cycle; however, the SEI resistance decreases during the first 20 cycles (in sharp contrast to typical surface passivation processes, where resistance is expected to increase with time). This behavior is consistent with the slow growth of inorganic constituents at lower potentials, inside of a mesoporous soft SEI that initially forms at higher potentials. This interpretation is based on the premise that these inorganic phases have a lower resistivity than that associated with electrolyte transport through the mesoporous organic phase. Based on this set of observations, the multiphase structure that evolves during initial cycling determines critical electrochemical and mechanical properties of the SEI. A basic model of these tradeoffs is proposed to provide guidelines for creating more stable interfacial films.

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