Self-healing chemistry enables the stable operation of silicon microparticle anodes for high-energy lithium-ion batteries

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作者
Chao Wang,Hui Wu,Zheng Chen,Matthew T. McDowell,Yi Cui,Zhenan Bao
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:5 (12): 1042-1048 被引量:1142
标识
DOI:10.1038/nchem.1802
摘要

The ability to repair damage spontaneously, which is termed self-healing, is an important survival feature in nature because it increases the lifetime of most living creatures. This feature is highly desirable for rechargeable batteries because the lifetime of high-capacity electrodes, such as silicon anodes, is shortened by mechanical fractures generated during the cycling process. Here, inspired by nature, we apply self-healing chemistry to silicon microparticle (SiMP) anodes to overcome their short cycle-life. We show that anodes made from low-cost SiMPs (∼3–8 mm), for which stable deep galvanostatic cycling was previously impossible, can now have an excellent cycle life when coated with a self-healing polymer. We attain a cycle life ten times longer than state-of-art anodes made from SiMPs and still retain a high capacity (up to ∼3,000 mA h g 21 ). Cracks and damage in the coating during cycling can be healed spontaneously by the randomly branched hydrogen-bonding polymer used.
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