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Multifunctional Interface Engineering of Li13Si4 Pre‐Lithiation Additives With Superior Environmental Stability for High‐Energy‐Density Lithium‐Ion Batteries

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作者
Yinan Liu,Yun Zheng,Kunye Yan,Jun Wang,Yunxian Qian,Junpo Guo,Qi Zhang,Congcong Zhang,Pingshan Jia,Zhiyuan Zhang,Shengyang Dong,Jiangmin Jiang,Yan Guo,Rong Chen,Yike Huang,Yingying Shen,Jincheng Xu,Ruifeng Zheng,Yuxin Tang,Wei Jiang
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
卷期号:7 (9) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/cey2.70034
摘要

ABSTRACT Considering the growing pre‐lithiation demand for high‐performance Si‐based anodes and consequent additional costs caused by the strict pre‐lithiation environment, developing effective and environmentally stable pre‐lithiation additives is a challenging research hotspot. Herein, interfacial engineered multifunctional Li 13 Si 4 @perfluoropolyether (PFPE)/LiF micro/nanoparticles are proposed as anode pre‐lithiation additives, successfully constructed with the hybrid interface on the surface of Li 13 Si 4 through PFPE‐induced nucleophilic substitution. The synthesized multifunctional Li 13 Si 4 @PFPE/LiF realizes the integration of active Li compensation, long‐term chemical structural stability in air, and solid electrolyte interface (SEI) optimization. In particular, the Li 13 Si 4 @PFPE/LiF with a high pre‐lithiation capacity (1102.4 mAh g −1 ) is employed in the pre‐lithiation Si‐based anode, which exhibits a superior initial Coulombic efficiency of 102.6%. Additionally, in situ X‐ray diffraction/Raman, density functional theory calculation, and finite element analysis jointly illustrate that PFPE‐predominant hybrid interface with modulated abundant highly electronegative F atoms distribution reduces the water adsorption energy and oxidation kinetics of Li 13 Si 4 @PFPE/LiF, which delivers a high pre‐lithiation capacity retention of 84.39% after exposure to extremely moist air (60% relative humidity). Intriguingly, a LiF‐rich mechanically stable bilayer SEI is constructed on anodes through a pre‐lithiation‐driven regulation for the behavior of electrolyte decomposition. Benefitting from pre‐lithiation via multifunctional Li 13 Si 4 @PFPE/LiF, the full cell and pouch cell assembled with pre‐lithiated anodes operate with long‐time stability of 86.5% capacity retention over 200 cycles and superior energy density of 549.9 Wh kg –1 , respectively. The universal multifunctional pre‐lithiation additives provide enlightenment on promoting large‐scale applications of pre‐lithiation on commercial high‐energy‐density and long‐cycle‐life lithium‐ion batteries.
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