Gradient-Interlocked Solid Electrolyte Interphase via Spatial Reconfiguration for Stable Silicon Anodes in Solid-State Batteries

相间 电解质 阳极 化学 电极 控制重构 聚合物 电流密度 化学工程 联锁 体积热力学 纳米技术 降级(电信) 复合材料 电流(流体) 光电子学 数码产品
作者
Mingxue Zuo,Xia Hu,Changzhi Ji,Bocheng Yang,Shaohui Shi,Guanzhong Ma,Xindong Qin,Junwei Han,Debin Kong,Zhongtao Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (5): 5222-5231 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17488
摘要

Silicon (Si) anodes are highly promising for high-energy-density solid-state batteries (SSBs), but substantial volume changes during cycling cause persistent solid electrolyte interphase (SEI) fracture and an unstable electrode interface. This challenge is exacerbated in solid-state batteries, where rigid, immobile interfaces present poor mechanical buffering. Herein, an ingenious “mortise-tenon” structural SEI is built by introducing the cyclotetrasiloxane into polymer electrolytes to promote the precise spatial reconfiguration of SEI, achieving an interlock between the cyclotetrasiloxane and LiF-rich inorganic phase, which ensures robust adhesion and structural stability of the SEI under large volume changes. The resulting Si||Li half cells deliver a high capacity of 1553.6 mAh g –1 at a high current density of 12 A g –1 . The NCM811||Si full cells achieve a high-capacity retention of 97.6% at 0.5 C, showing only 0.12% capacity decay per cycle over 300 cycles. The LFP||Si full cells also show a low decay rate of 0.07‰ per cycle across 700 cycles. This strategy provides stable SEI engineering for the practical application of high-energy-density Si-based SSBs.
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