Crystallographic Engineering in Micron-Sized SiOx Anode Material Toward Stable High-Energy-Density Lithium-Ion Batteries

材料科学 阳极 锂(药物) 离子 能量密度 纳米技术 化学物理 化学工程 工程物理 物理化学 化学 物理 电极 工程类 内分泌学 医学 有机化学
作者
Jing Li,Guifang Zeng,Sharona Horta,Paulina R. Martínez‐Alanis,Jordi Jacas Biendicho,María Ibáñez,Bingang Xu,Lijie Ci,Andreu Cabot,Qing Sun
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c03074
摘要

The SiOx anode exhibits a high specific capacity and commendable durability for lithium-ion batteries (LIBs). However, its practical application is hindered by significant volumetric fluctuations during lithiation/delithiation, alongside a metastable nature, which induces mechanical instability and irreversible lithium consumption, ultimately impairing long-term capacity retention in full-battery cell configurations. In this study, we present a phase-engineering approach designed to improve the structural stability of SiOx anodes for LIB applications. By incorporating lithium fluoride, amorphous SiOx undergoes partial transformation into a quartz-like phase, which enhances mechanical integrity and mitigates irreversible lithium loss. This modified anode demonstrates significantly improved stability and prolonged cycle lifespan. Through a combination of multiscale simulations and in situ characterizations, we elucidate the stabilization mechanisms conferred by the quartz phase, providing critical insights into the role of SiOx's crystal structure in influencing degradation pathways. This work introduces an accessible and efficient method for controlling the crystallinity of SiOx, offering a practical solution to enhance the durability of high-energy-density LIBs.
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