A low-cost and high performance ball-milled Si-based negative electrode for high-energy Li-ion batteries

材料科学 电极 化学工程 球磨机 电解质 结块 阳极 法拉第效率 微晶 粒度 粒径 烧结 复合材料 冶金 物理化学 化学 工程类
作者
Magali Gauthier,Driss Mazouzi,David Reyter,Bernard Lestriez,Philippe Moreau,Dominique Guyomard,Lionel Roué
出处
期刊:Energy and Environmental Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:6 (7): 2145-2145 被引量:307
标识
DOI:10.1039/c3ee41318g
摘要

A Si-based anode with improved performance can be achieved using high-energy ball-milling as a cheap and easy process to produce Si powders prepared from a coarse-grained material. Ball-milled powders present all the advantages of nanometric Si powders, but not the drawbacks. Milled powders are nanostructured with micrometric agglomerates (median size ∼10 μm), made of submicrometric cold-welded particles with a crystallite size of ∼10 nm. The micrometric particle size provides handling and non-toxicity advantages compared to nanometric powders, as well as four times higher tap density. The nanostructuration is assumed to provide a shortened Li+ diffusion path, a fast Li+ diffusion path along grain boundaries and a smoother phase transition upon cycling. Compared to non-milled 1–5 μm powders, the improved performance of nanostructured milled Si powders is linked to a strong lowering of particle disconnection at each charge, while the irreversibility due to SEI formation remains unchanged. An electrode prepared in acidic conditions with the CMC binder achieves 600 cycles at more than 1170 mA h per gram of the milled Si-based electrode, in an electrolyte containing FEC/VC SEI-forming additives, with a coulombic efficiency above 99%, compared to less than 100 cycles at the same capacity for an electrode containing nanometric Si powder.
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