Selective Methylation of Cyclic Ether Towards Highly Elastic Solid Electrolyte Interphase for Silicon‐based Anodes

相间 电解质 乙醚 阳极 材料科学 化学 甲基化 化学工程 无机化学 有机化学 物理化学 电极 DNA 生物化学 生物 遗传学 工程类
作者
Zhihao Ma,Digen Ruan,Dazhuang Wang,Zong-Bin Lu,Zixu He,Jiasen Guo,Jiajia Fan,Jinyu Jiang,Zihong Wang,Xuan Luo,Jun Ma,Ze Zhang,Ye‐Zi You,Shuhong Jiao,Ruiguo Cao,Xiaodi Ren
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202414859
摘要

Silicon (Si)‐based anodes offer high theoretical capacity for lithium‐ion batteries but suffer from severe volume changes and continuous solid electrolyte interphase (SEI) degradation. Here, we address these challenges by selective methylation of 1,3‐dioxolane (DOL), thus shifting the unstable bulk polymerization to controlled interfacial reactions and resulting in a highly elastic SEI. Comparative studies of 2‐methyl‐1,3‐dioxolane (2MDOL) and 4‐methyl‐1,3‐dioxolane (4MDOL) reveal that 4MDOL, with its larger ring strain and more stable radical intermediates due to hyperconjugation effect, promotes the formation of high‐molecular‐weight polymeric species at the electrode‐electrolyte interface. This elastic, polymer‐rich SEI effectively accommodates volume changes of Si and inhibits continuous side reactions. Our designed electrolyte enables Si‐based anode to achieve 85.4% capacity retention after 400 cycles at 0.5 C without additives, significantly outperforming conventional carbonate‐based electrolytes. Full cells also demonstrate stable long‐term cycling. This work provides new insights into molecular‐level electrolyte design for high‐performance Si anodes, offering a promising pathway toward next‐generation lithium‐ion batteries with enhanced energy density and longevity.
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