Supremely elastic gel polymer electrolyte enables a reliable electrode structure for silicon-based anodes

一氧化硅 电解质 材料科学 电极 阳极 聚合物 收缩率 法拉第效率 化学工程 复合材料 光电子学 化学 工程类 物理化学
作者
Qingquan Huang,Jiangxuan Song,Yue Gao,Daiwei Wang,Shuai Liu,Shufu Peng,Courtney R. Usher,Alan Goliaszewski,Donghai Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:113
标识
DOI:10.1038/s41467-019-13434-5
摘要

Abstract Silicon-based materials are promising anodes for next-generation lithium-ion batteries, owing to their high specific capacities. However, the huge volume expansion and shrinkage during cycling result in severe displacement of silicon particles and structural collapse of electrodes. Here we report the use of a supremely elastic gel polymer electrolyte to address this problem and realize long-term stable cycling of silicon monoxide anodes. The high elasticity of the gel polymer electrolyte is attributed to the use of a unique copolymer consisting of a soft ether domain and a hard cyclic ring domain. Consequently, the displacement of silicon monoxide particles and volume expansion of the electrode were effectively reduced, and the damage caused by electrode cracking is alleviated. A SiO|LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 cell shows 70.0% capacity retention in 350 cycles with a commercial-level reversible capacity of 3.0 mAh cm −2 and an average Coulombic efficiency of 99.9%.
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