Mechanically Robust Bilayer Solid Electrolyte Interphase Enabled by Sequential Decomposition Mechanism for High‐Performance Micron‐Sized SiO x Anodes

电解质 阳极 材料科学 化学工程 双层 相间 分解 电化学 锂(药物) 图层(电子) 导电体 电池(电) 碳酸盐 压力(语言学) 复合材料 无机化学 阻挡层 碳酸锂 电导率 磷酸三甲酯 极化(电化学) 电极
作者
Yiming Zhou,Xiande Fang,Baiheng Li,Xiangti Zhan,Ke Wang,Jinsen Zhang,K. Yue,Peng Shi,Jianwei Nai,Yujing Liu,Yao Wang,Shihui Zou,Huadong Yuan,Xinyong Tao,Jianmin Luo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (51): e202514076-e202514076 被引量:8
标识
DOI:10.1002/anie.202514076
摘要

Abstract Micron‐sized Si‐based materials are promising anodes due to their high capacity, low cost, and ease of production, yet in application they suffer from severe volume expansion upon lithiation, which puts mechanical stress on the solid electrolyte interphase (SEI) that leads to premature capacity decay. Constructing a robust SEI with high Li + conductivity is crucial in addressing this challenge, but most SEI regulation strategies for Si‐based anodes come at the expense of manufacturability and cost. A novel and low‐cost combination of additives comprised of 3 wt% trimethyl phosphate (TMP) and 5 wt% fluoroethylene carbonate (FEC) in carbonate electrolyte (BE‐TF) was used to generate a bilayer SEI architecture specifically tailored for Si‐based anodes by a sequential decomposition mechanism, where the lithium fluoride (LiF)‐rich inner layer suppresses the volume expansion and the Li 3 PO 4 ‐rich outer layer forms a barrier that shields inner particles from detrimental side reactions. A high capacity retention of 88% after 200 cycles at 1 A g −1 can be achieved in a battery with a micron‐sized SiO x (0 < x < 2) anode using BE‐TF electrolyte. Additionally, an industrial‐grade 3.5 Ah NCM||Gr‐micron‐sized SiO x pouch cell using BE‐TF electrolyte could maintain long‐term stability after 1000 cycles with high‐capacity retention of >81% at a high charging rate of 3 C.
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