Tip Effect‐Driven Charge Transport Enhancement in Silicon‐Carbon Anodes for All‐Solid‐State Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 锂(药物) 离子 碳纤维 电荷(物理) 固态 锂离子电池的纳米结构 纳米技术 光电子学 工程物理 电极 复合材料 物理化学 有机化学 复合数 医学 化学 物理 量子力学 工程类 内分泌学
作者
Zhenwei Li,Rui Zhang,Peilun Yu,Hengyuan Hu,Zhiyu Zou,Jie Chen,Mengchuang Liu,Ping Liu,Chang Lu,Zhaoxin Meng,Yongqiang Ji,Jie Yu,Meisheng Han,Wenhua Zhang,Yuliang Cao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202504241
摘要

Abstract Despite its pronounced impact on mass transport and local energy field modulation, the tip effect remains an underexplored strategy in the design of solid‐state batteries. Here, a radial vertical graphene (RVG)‐encapsulated silicon anode (RVG@Si‐V) that strategically leverages the tip effect to modulate interfacial charge transport and direct the formation of solid electrolyte interphases (SEI) in all‐solid‐state lithium‐ion batteries (ASSLIBs) is reported. The sharp geometry of RVG induces localized electric field enhancement at the electrode‐electrolyte interfaces, which promotes charge accumulation and facilitates field‐driven electrolyte decomposition toward thin and LiF‐rich SEI formation. The structure‐field coupling effectively overcomes the long‐standing challenge of sluggish charge transfer kinetics at electrode‐electrolyte interfaces and contributes to improved rate capability and long‐term cycling stability. Electrochemical characterizations reveal that RVG@Si‐V delivers excellent rate performance (940.9 mAh g −1 , 5 A g −1 ) and capacity retention compared to its planar graphene (PG) counterpart (PG@Si‐V) without the tip effect, retaining 76.6% of its capacity after 500 cycles at 3 A g −1 . This work demonstrates a previously underexplored but highly effective strategy of employing the tip effect to modulate interfacial charge transport and SEI formation in solid‐state battery systems, offering critical insights toward the development of high‐performance Si anodes for advanced ASSLIBs.
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