时空耦合的硫化学机制用于稳定硅-90及以上阳极

《Nature Communications》：Spatiotemporally coupled sulfur chemistry for stable silicon-90+ anodes

　　

摘要

基于硅的材料有望显著提升当今可充电锂离子电池的性能指标，成为理想的电池负极材料；然而，这些材料的结构退化以及电极与电解质界面处存在的不良副反应，严重限制了其在实际应用中的能量输出性能。在此，我们提出了一种时空耦合的硫化学策略，用以解决接近满载状态的硅负极所面临的体积变化和结构稳定性问题，同时改善电极与电解质界面层的弹性及离子扩散性等固有性质。该策略只需在硅表面覆盖一层均匀的元素硫即可实现，而元素硫与现有的锂离子电池生产设施具有良好的兼容性。所设计的LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂?|?|Si90+软包电池在7.3?Ah的容量等级下表现出优异的性能，其能量密度为1190?Wh?L^?1，比能量为416?Wh?kg^?1，循环寿命可达1700次后仍保持80%的容量。鉴于电池性能的显著提升及其实用性，这种经过硫处理的Si90+负极有望成为提供可靠电源的关键技术，助力各类新兴应用快速落地。