Advances and Future Prospects of Micro‐Silicon Anodes for High‐Energy‐Density Lithium‐Ion Batteries: A Comprehensive Review

材料科学 锂(药物) 能量密度 阳极 工程物理 纳米技术 离子 锂离子电池的纳米结构 冶金 物理化学 电极 工程类 医学 化学 物理 量子力学 内分泌学
作者
Lin Sun,Yang Liu,Lijun Wang,Zhong Jin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (39) 被引量:200
标识
DOI:10.1002/adfm.202403032
摘要

Abstract Silicon (Si), stands out for its abundant resources, eco‐friendliness, affordability, high capacity, and low operating potential, making it a prime candidate for high‐energy‐density lithium‐ion batteries (LIBs). Notably, the breakthrough use of nanostructured Si (nSi) has paved the way for the commercialization of Si anodes. Despite this, challenges like high processing costs, severe side reactions, and low volumetric energy density have impeded widespread industrial adoption. Micron‐scale Si (µSi) has always faced setbacks compared to nSi due to its greater volume expansion. However, recent years have witnessed a resurgence of interest in µSi‐based anodes. Capitalizing on its inherent advantages, including low cost and high tap density, µSi has once again captured the attention of both academic and industrial communities. This review begins by contrasting the strengths and weaknesses of µSi and nSi, then outline potential solutions to enhance µSi performance, covering aspects like structural regulation, composite anodes, binder design, and electrolyte exploration. Additionally, this work explores the application of machine learning‐assisted high‐throughput screening. Concluding the review, this work provides insights into the future prospects of µSi in LIBs, outlining challenges and proposing integrated coping strategies. This review anticipates that it will provide valuable perspectives for the commercial application of high‐energy‐density Si‐based anodes.
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