Comprehensive Si Anode Design for Sulfide‐Based all‐Solid‐State Batteries: Insights into Si‐Electrolyte Synergy for Mitigating Contact Loss

材料科学 阳极 电解质 硫化物 纳米技术 固态 化学工程 工程物理 冶金 电极 工程类 化学 物理化学
作者
Young‐Jin Song,Sung‐Jin Cho,Suhwan Kim,Young-Soo Shin,Ikcheon Na,Jongwoo Lim,Yong Min Lee,Soojin Park
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (43) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202504739
摘要

Abstract All‐solid‐state batteries (ASSBs) are emerging as a promising alternative to conventional lithium‐ion batteries, offering improved safety and potential for energy density. However, the substantial volume fluctuations of high‐capacity anodes such as lithium and silicon induce interfacial degradation, impeding practical applications. Herein, an aluminum–silicon (Al–Si) alloy anode is introduced that effectively mitigates these challenges by stabilizing volume variation after initial volume expansion and maintaining stable interfacial integrity with the solid electrolyte (SE). By employing a SE‐free wet anode and leveraging advanced characterization techniques, including three‐dimensional X‐ray nanoimaging and digital twin‐based particle‐to‐electrode volume expansion simulations, the structural evolution and electrochemical behavior of Al–Si are elucidated. Furthermore, the integration of an elastic‐recoverable anolyte enables the formation of a robust Al–Si composite anode, effectively suppressing contact loss and enhancing reversibility. ASSBs integrating this Al–Si composite anode and a high‐areal‐capacity LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 cathode (6 mAh·cm −2 ) achieve a capacity retention of 81.6% after 300 cycles, offering a viable pathway toward high‐energy‐density and durable ASSBs.
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