Insights into Electrolytic Pre‐Lithiation: A Thorough Analysis Using Silicon Thin Film Anodes

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作者
Lukas Haneke,Felix Pfeiffer,Peer Bärmann,Jens Matthies Wrogemann,Christoph Peschel,Jonas Neumann,Fabian Kux,Sascha Nowak,Martin Winter,Tobias Placke
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (8): e2206092-e2206092 被引量:35
标识
DOI:10.1002/smll.202206092
摘要

Abstract Pre‐lithiation via electrolysis, herein defined as electrolytic pre‐lithiation, using cost‐efficient electrolytes based on lithium chloride (LiCl), is successfully demonstrated as a proof‐of‐concept for enabling lithium‐ion battery full‐cells with high silicon content negative electrodes. An electrolyte for pre‐lithiation based on γ‐butyrolactone and LiCl is optimized using boron‐containing additives (lithium bis(oxalato)borate, lithium difluoro(oxalate)borate) and CO2 with respect to the formation of a protective solid electrolyte interphase (SEI) on silicon thin films as model electrodes. Reversible lithiation in Si||Li metal cells is demonstrated with Coulombic efficiencies (CEff) of 95–96% for optimized electrolytes comparable to 1 m LiPF6/EC:EMC 3:7. Formation of an effective SEI is shown by cyclic voltammetry and X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS). electrolytic pre‐lithiation experiments show that notable amounts of the gaseous product Cl2 dissolve in the electrolyte leading to a self‐discharge Cl2/Cl− shuttle mechanism between the electrodes lowering pre‐lithiation efficiency and causing current collector corrosion. However, no significant degradation of the Si active material and the SEI due to contact with elemental chlorine is found by SEM, impedance, and XPS. In NCM111||Si full‐cells, the capacity retention in the 100th cycle can be significantly increased from 54% to 78% by electrolytic pre‐lithiation, compared to reference cells without pre‐lithiation of Si.
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