Interface engineering of Si-based anodes with fluorinated binder enabling lean-additive lithium-ion batteries

材料科学 阳极 接口(物质) 锂(药物) 离子 化学工程 电极 纳米技术 工程物理 复合材料 有机化学 化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学 毛细管作用 毛细管数
作者
Dong‐Yeob Han,Im Kyung Han,Ho Yeon Jang,Sungho Kim,Jin Yong Kwon,Jeyoung Park,Seoin Back,Soojin Park,Jaegeon Ryu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:65: 103176-103176 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103176
摘要

Silicon (Si) is a promising alternative to graphite anode for increasing the energy density of litihum-ion batteries owing to its high theoretical capacity. However, the severe volume change of Si during cycling leads to unstable solid electrolyte interphase (SEI) growth, resulting in rapid capacity fading, particularly under lean-additive electrolyte conditions. In this study, we introduce an innovative approach to interface engineering of Si anodes using a fluorinated binder, a method that forms a stable and uniform lithium fluoride (LiF)-based SEI layer under lean-additive electrolyte conditions without the need for common additives. The LiF layer not only improves the structural stability of Si electrodes but also enhances the electrolyte stability, thereby preventing undesired SEI growth by electrolyte decomposition. Benefiting from this proposed binder, the Si-based anode retains a high reversible capacity (93.7 %) after 400 cycles at 0.9 A g−1 and the full cell, pairing with LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode, delivers a high areal capacity of 4.23 mAh cm−2 (93.4 % retention) after 200 cycles under a lean-additive electrolyte (only 3 wt% additive). The interface stabilization by fluorinated binder provides insights into the rational design of a binder for the application of Si anodes in high-energy-density lithium-ion batteries.
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