Exploiting the capacity merits of Si anodes in the energy-dense prototypes via a homogeneous prelithiation therapy

材料科学 阳极 阴极 化学工程 电极 电化学 箔法 同种类的 纳米技术 复合材料 热力学 电气工程 物理 工程类 物理化学 化学
作者
Helin Wang,Min Zhang,Qiurong Jia,Dou Du,Fu Liu,Miao Bai,Wenyu Zhao,Zhiqiao Wang,Ting Liu,Xiaoyu Tang,Shaowen Li,Yue Ma
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:95: 107026-107026 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107026
摘要

The practical exploitation of the high-capacity Si anodes suffers from the insufficient cation utilization degree in the energy-dense batteries, which originates from unstable interfacial dynamics, lithiation-induced mechanical stress, and irreversible Li trapping in the alloy intermediates. Herein, we develop a scalable, indirect mechanical calendaring approach to enable the homogeneous prelithiation process, specifically through interpolating an intermediate buffer layer (IBL) with tunable electronic/ionic pathways in-between the lithium foil source and the target high-capacity electrode. Upon the prototype assembly of various prelithiated Si/Graphite anodes (450–1000 mAh g−1 at the constant areal capacity of 4.6 mAh cm−2) and the LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode (NCM811, 23 mg cm−2 for the double-sided electrode), the enhanced Li utilization degree with the highest energy density up to 362 Wh kg−1 could be achieved on the realistic cell level (1.6 Ah pouch model). More encouragingly, the reversible phasic evolution of both the cathode and anode, upon the Li+ inventory replenishment, are real-time tracked by the transmission-mode operando X-ray diffraction (XRD). This IBL-regulated approach is further extended to construct an environmental-adaptive composite film that integrates the metallic Li source, the prelithiation of which could well function even at the extreme humid conditions (long-time shelf life or relative humidity up to 85%).
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