Fracture Resistant CrSi2‐Doped Silicon Nanoparticle Anodes for Fast‐Charge Lithium–Ion Batteries

材料科学 兴奋剂 掺杂剂 锂(药物) 纳米颗粒 阳极 光电子学 纳米技术 化学工程 复合材料 电极 化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Weiqun Li,Chucheng Luo,Jimin Fu,Juan Yang,Xiangyang Zhou,Jingjing Tang,B. Layla Mehdi
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (24)
标识
DOI:10.1002/smll.202308304
摘要

Abstract Lithium–ion batteries (LIBs) has been developed over the last three decades. Increased amount of silicon (Si) is added into graphite anode to increase the energy density of LIBs. However, the amount of Si is limited, due to its structural instability and poor electronic conductivity so a novel approach is needed to overcome these issues. In this work, the synthesized chromium silicide (CrSi 2 ) doped Si nanoparticle anode material achieves an initial capacity of 1729.3 mAh g −1 at 0.2C and retains 1085 mAh g −1 after 500 cycles. The new anode also shows fast charge capability due to the enhanced electronic conductivity provided by CrSi 2 dopant, delivering a capacity of 815.9 mAh g −1 at 1C after 1000 cycles with a capacity degradation rate of <0.05% per cycle. An in situ transmission electron microscopy is used to study the structural stability of the CrSi 2 ‐doped Si, indicating that the high control of CrSi 2 dopant prevents the fracture of Si during lithiation and results in long cycle life. Molecular dynamics simulation shows that CrSi 2 doping optimizes the crack propagation path and dissipates the fracture energy. In this work a comprehensive information is provided to study the function of metal ion doping in electrode materials.
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