Nanometer-Thick Gallic Acid Coatings Enhance the Electrochemical Performance of Silicon Anodes

材料科学 阳极 电解质 化学工程 法拉第效率 电极 电化学 图层(电子) 纳米- 纳米 纳米技术 复合材料 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Hengrong Su,Zhen Xing,Wenjun Xiong,Xine Fan,Hao Tang,Long Tan
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (10): 8146-8155 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c05162
摘要

Due to the drawbacks of huge volume expansion upon lithiation/delithiation and surface corrosion by the electrolyte, silicon (Si) anodes for lithium ion batteries (LIBs) suffered from rapid capacity degradation. Herein, nano-Si was simply treated with a gallic acid (GA) solution to cover the Si surface with a nanometer-thick GA-layer. During surface treatment, GA formed an irreversible cross-linking structure, and it can be bonded to the surface of nano-Si via hydrogen bonds. The resulted nano-Si@GA-1 sample (m Si /m GA = 10:1) exhibited an initial coulombic efficiency as high as 89.8% and a high charge capacity of 2979 mA h g –1 at a current density of 100 mA g –1 . It can be demonstrated by the facilitated Li + diffusion and reduced Li + consumption by the surface GA-layer containing immense −OH and −COOH groups, acting as an artificial solid–electrolyte interface (SEI) film. Moreover, the formed GA-layer also effectively suppressed volume expansion and delamination of the Si electrode, leading to the superior stability of nano-Si@GA. A charge capacity of 1567 mA h g –1 was retained after 300 cycles tested at 1 A g –1 for the nano-Si@GA-1 electrode, among the best values of reported Si materials. Overall, our prepared nano-Si@GA via a facile route is promising for the practical application of LIBs as an anode material.
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