Progressive growth of the solid–electrolyte interphase towards the Si anode interior causes capacity fading

阳极 电解质 材料科学 电极 电池(电) 化学工程 容量损失 纳米技术 化学物理 化学 热力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Yang He,Lin Jiang,Tian‐wu Chen,Yaobin Xu,Haiping Jia,Ran Yi,Dingchuan Xue,Miao Song,Arda Genç,Cédric Bouchet‐Marquis,Lee Pullan,Ted Tessner,Jinkyoung Yoo,Xiaolin Li,Ji‐Guang Zhang,Sulin Zhang,Chongmin Wang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (10): 1113-1120 被引量:359
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00947-8
摘要

The solid-electrolyte interphase (SEI), a layer formed on the electrode surface, is essential for electrochemical reactions in batteries and critically governs the battery stability. Active materials, especially those with extremely high energy density, such as silicon (Si), often inevitably undergo a large volume swing upon ion insertion and extraction, raising a critical question as to how the SEI interactively responds to and evolves with the material and consequently controls the cycling stability of the battery. Here, by integrating sensitive elemental tomography, an advanced algorithm and cryogenic scanning transmission electron microscopy, we unveil, in three dimensions, a correlated structural and chemical evolution of Si and SEI. Corroborated with a chemomechanical model, we demonstrate progressive electrolyte permeation and SEI growth along the percolation channel of the nanovoids due to vacancy injection and condensation during the delithiation process. Consequently, the Si-SEI spatial configuration evolves from the classic 'core-shell' structure in the first few cycles to a 'plum-pudding' structure following extended cycling, featuring the engulfing of Si domains by the SEI, which leads to the disruption of electron conduction pathways and formation of dead Si, contributing to capacity loss. The spatially coupled interactive evolution model of SEI and active materials, in principle, applies to a broad class of high-capacity electrode materials, leading to a critical insight for remedying the fading of high-capacity electrodes.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
zhixin发布了新的文献求助10
刚刚
2秒前
Misaki完成签到,获得积分10
3秒前
cyx完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
华仔应助爱听歌的谷秋采纳,获得10
6秒前
kinghao发布了新的文献求助10
7秒前
长乐完成签到,获得积分10
7秒前
Nes发布了新的文献求助10
7秒前
小蘑菇应助认真的不评采纳,获得10
8秒前
思源应助Patrick采纳,获得10
10秒前
11秒前
lllll发布了新的文献求助10
11秒前
虚幻莫茗完成签到,获得积分10
12秒前
molihuakai应助lingmuhuahua采纳,获得10
14秒前
Nole应助执着的听安采纳,获得10
17秒前
gy79210发布了新的文献求助10
17秒前
lwydxb12138完成签到,获得积分10
18秒前
乱红完成签到 ,获得积分10
19秒前
20秒前
春春完成签到,获得积分10
22秒前
笨笨卡卡西完成签到,获得积分10
24秒前
茸易完成签到,获得积分10
24秒前
Patrick发布了新的文献求助10
25秒前
欻欻完成签到,获得积分20
26秒前
Hello应助在线积累学问采纳,获得10
27秒前
28秒前
28秒前
28秒前
28秒前
茸易发布了新的文献求助40
30秒前
是各种蕉完成签到,获得积分10
32秒前
Xx发布了新的文献求助10
32秒前
33秒前
卞斌锋发布了新的文献求助10
33秒前
36秒前
38秒前
诚心的访蕊完成签到 ,获得积分10
38秒前
穷到吃不起饭完成签到,获得积分20
39秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Organic Chemistry, 5th Edition 1000
Handbook of Social Psychology and Consumer Behavior 900
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
日本現代怪異事典 副読本 700
Handbook of Social Identity Research 600
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 590
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7375185
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8982885
关于积分的说明 19099498
捐赠科研通 7015999
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3225828
关于科研通互助平台的介绍 2389118
邀请新用户注册赠送积分活动 2206491