Reactivating Li2O with Nano‐Sn to Achieve Ultrahigh Initial Coulombic Efficiency SiO Anodes for Li‐Ion Batteries

法拉第效率 材料科学 纳米- 离子 阳极 锂离子电池的纳米结构 纳米技术 化学工程 无机化学 化学 物理化学 复合材料 电极 有机化学 工程类
作者
Rusheng Fu,Yongkang Wu,Chongzhao Fan,Zuxin Long,Guangjie Shao,Zhaoping Liu
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:12 (14): 3377-3382 被引量:20
标识
DOI:10.1002/cssc.201900541
摘要

The application of SiO anodes in Li-ion batteries is greatly restricted by its low initial coulombic efficiency (ICE). Usually, a pre-lithiation procedure is necessary to improve the ICE, but the available technologies are associated with safety issues. Metal (M)-mixed SiO shows great promise to address these issues by reactivating Li2 O through the reaction M+Li2 O→MOx +Li+ , which is the inverse reaction to that occurring at MOx anodes. Sn is found to be a good choice of metal for this concept. Nanoscale Sn-mixed SiO composites are prepared by mechanical milling. Sn forms an outstanding conductive phase, which boosts the reaction kinetics and also reactivates the Li2 O byproduct. Sn/SiO (1:2 w/w) delivers a significant improvement in ICE from 66.5 % to 85.5 %. A higher ICE value of >90 % is obtained when the Sn content is ≥50 wt %. However, additional electrolyte decomposition occurs, which is catalyzed by Sn. In addition, coarsening of the nano-Sn material reduces the inverse conversion reactivity of Sn/Li2 O and subsequently results in rapid capacity fading. The quantitative analysis indicates that, in contrast to transition metals, the alloying and dealloying nature of Sn gives a 50 % improvement in reversible capacity, attributed to Sn/Li2 O. This work gives a general strategy to choose metals for increasing the ICE of SiOx and metal oxides.

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