Electrochemical Prelithiation of Self-Standing Mesoporous Silicon Film Anodes for Enhanced Si‖NMC Full-Cell Performance

介孔材料 电化学 阳极 硅 材料科学 化学工程 纳米技术 光电子学 电极 化学 工程类 物理化学 催化作用 有机化学
作者
Xiuyun Zhao,Manoj Muraleedharan Pillai,Nathiya Kalidas,Saravanan Karuppiah,Guiomar Hernández,Daniel Brandell,V LEHTO
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:172 (8): 080512-080512 被引量:2
标识
DOI:10.1149/1945-7111/adf5ee
摘要

This study identifies the optimal electrochemical prelithiation conditions for a self-standing silicon (Si) film anode to enhance performance when paired with a nickel manganese cobalt (NMC) cathode in a full cell. Through a combination of imaging, spectroscopy, and electrochemical analyses, the research demonstrates that a prelithiation level of 3000 mAh g −1 effectively minimizes cracking in the Si film, leading to superior battery performance. X-ray photoelectron spectroscopy analysis reveals a prelithiated interphase composed of lithium silicates, Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiF, which contribute to low solid electrolyte interphase resistance and charge transfer resistance, thereby improving cycling stability. The full cell with the optimally prelithiated Si anode achieves an initial specific discharge capacity of 143 mAh g −1 and an initial coulombic efficiency (ICE) of 89% at 0.02 C, with 91% capacity retention after 50 cycles at 0.1 C. These findings indicate a marked improvement in ICE, specific capacity, and cycling stability compared to non-prelithiated Si film electrodes, bringing the full cell’s performance close to that of an NMC half-cell.
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