High‐Performance Microsized Si Anodes for Lithium‐Ion Batteries: Insights into the Polymer Configuration Conversion Mechanism

阳极 材料科学 锂(药物) 电解质 电化学 复合数 聚合物 离子 纳米技术 化学工程 电极 光电子学 复合材料 物理化学 有机化学 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Qiyu Wang,Mengfu Zhu,Guorong Chen,Natalia Dudko,Yan Li,Hongjiang Liu,Liyi Shi,Gang Wu,Dengsong Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (16) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/adma.202109658
摘要

Microsized silicon particles are desirable Si anodes because of their low price and abundant sources. However, it is challenging to achieve stable electrochemical performances using a traditional microsized silicon anode due to the poor electrical conductivity, serious volume expansion, and unstable solid electrolyte interface. Herein, a composite microsized Si anode is designed and synthesized by constructing a unique polymer, poly(hexaazatrinaphthalene) (PHATN), at a Si/C surface (PCSi). The Li+ transport mechanism of the PCSi is elucidated by using in situ characterization and theoretical simulation. During the lithiation of the PCSi anode, CN groups with high electron density in the PHATN first coordinate Li+ to form CNLi bonds on both sides of the PHATN molecule plane. Consequently, the original benzene rings in the PHATN become active centers to accept lithium and form stable Li-rich PHATN coatings. PHATN molecules expand due to the change of molecular configuration during the consecutive lithiation process, which provides controllable space for the volume expansion of the Si particles. The PCSi composite anode exhibits a specific capacity of 1129.6 mAh g-1 after 500 cycles at 1 A g-1 , and exhibits compelling rate performance, maintaining 417.9 mAh g-1 at 16.5 A g-1 .
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