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Suppression Strategies for Si Anode Volume Expansion in Li-Ion Batteries Based on Structure Design and Modification: A Review

材料科学 阳极 法拉第效率 电解质 复合材料 纳米技术 工程物理 光电子学 电极 物理化学 工程类 化学
作者
Yu Shang,Haibo Li,Ting Ma,Yue Yang,Yutong Jiang,Wei Yu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (22): 31730-31753 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsami.5c00948
摘要

Silicon anodes have received increasing attention due to their exceptionally high theoretical capacity in lithium-ion batteries (LIBs). However, the defect of anode volume expansion caused by solid-electrolyte interphase (SEI) crushing limits the cycle life seriously. To overcome the obstacle, one must understand the mechanism behind anode volume expansion prior to exploring the suppression strategies. In this review, the recent advances in Si-based anode modification and structural design are categorized comprehensively, the scaled-up framework structures are deeply discussed, and the impacts of various composite structures on cycling performance and Coulombic efficiency are emphasized, particularly the synergistic effects of carbon/MXene assembled with silicon. Some reliable strategies for anode volume expansion restriction have been proposed. The porous structure of monocrystalline silicon spheres reconstructed by alloy sintering can restrain volume expansion effectively due to the reshaped uniform internal stress field. The inner-stress offset induced by Si anode expansion and two-dimensional material layer collapse can provide a perfect inhibition effect on SEI fragmentation when monocrystalline silicon spheres are assembled with graphene or MXene. Moreover, how special nanoshape structures provide anode stability after long cycles are summarized. This current review will be beneficial to facilitate the exploration of strategies for suppression of Si-based anode volume expansion and to pave an avenue for extensive application of Si-based LIBs in the future.
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