Spontaneous Formation of Conductive Solid Electrolyte Interphase on Porous Si@C@ZIF Anodes for Highly Stable Lithium‐Ion Batteries

材料科学 阳极 电解质 相间 化学工程 纳米复合材料 多孔性 碳纤维 导电体 电导率 吸附 电流密度 阴极 扩散 碳纳米管 纳米颗粒 电极 纳米技术 储能 锂(药物)
作者
Zaohong Zhang,Jing Yang,Dmitry V. Bavykin,Carlos Ponce de León,Kai Zhang,Yong‐Wei Zhang,Jia Pan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (45) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.75249
摘要

ABSTRACT Nanostructured silicon (Si) is a highly promising anode material for next‐generation lithium‐ion batteries (LIBs) due to its ultra‐high theoretical capacity (Li 22 Si 5 , ∼4200 mAh g − 1 ), yet its practical application is hindered by poor conductivity and drastic volume expansion (300–400%). Here, Si nanoparticles are in situ encapsulated within a ZIF‐8 framework, guided by a pre‐applied carbon coating, forming a porous core–shell architecture that simultaneously enhances ionic/electronic transport and buffers volumetric changes. The resulting Si@C@ZIF anode delivers a reversible capacity of 1030 mAh g − 1 after 500 cycles at 1.0 A g − 1 . In a full cell with LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NCM811), 76.8% capacity retention is maintained at 0.5 C over 260 cycles. Post‐cycling analysis reveals a robust solid electrolyte interphase (SEI) enriched in Li 3 N and LiF. Density functional theory (DFT) calculations indicate that preferential LiPF 6 adsorption facilitates conductive SEI formation, accelerating Li + diffusion and enhancing interfacial stability, demonstrating a low‐cost route to highly durable Si/C nanocomposite anodes for practical high‐energy LIBs.
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