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High Initial Coulombic Efficiency of SiO Enabled by Controlling SiO2 Matrix Crystallization
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-09-20 , DOI: 10.1021/acsami.2c10391 Geunho Choi 1 , Jeonghan Kim 1 , Byoungwoo Kang 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-09-20 , DOI: 10.1021/acsami.2c10391 Geunho Choi 1 , Jeonghan Kim 1 , Byoungwoo Kang 1
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SiO is a promising anode material for practical Li-ion batteries because it can achieve a much higher capacity than graphite and a better capacity retention than Si. However, SiO suffers from poor initial Coulombic efficiency (ICE). Here, we report on a fundamentally different approach to increase the low ICE of SiO while achieving high capacity and long-term cycle stability compared to previous approaches such as electrochemical/chemical pre-lithiation processes. To enhance the ICE, the long-range/short-range orders of amorphous SiO2 in SiO are increased by the chemical reaction of a small amount of LiOH·H2O even at a much lower temperature (900 °C) than the reported. The increased crystallization of SiO2 substantially reduces the irreversible electrochemical reaction of SiO. As a result, the Li-added SiO shows substantially increased ICE, ∼82.7%, which is one of the highest values. Furthermore, we demonstrate that controlling the crystallization of SiO can enable us to achieve high ICE, high reversible capacity, and superior capacity retention (∼100% at 1C rate for 100 cycles) in SiO simultaneously. The understanding and findings will pave the way to design high-capacity SiO with high ICE and long-term stability for practical high energy density Li batteries.
中文翻译：
通过控制 SiO2 基体结晶实现 SiO 的高初始库仑效率
SiO 是一种很有前途的实用锂离子电池负极材料，因为它可以实现比石墨高得多的容量和比 Si 更好的容量保持率。然而，SiO 的初始库仑效率 (ICE) 较差。在这里，我们报告了一种根本不同的方法来增加 SiO 的低 ICE，同时与以前的方法（如电化学/化学预锂化工艺）相比，实现高容量和长期循环稳定性。为了增强 ICE，即使在比报道的温度低得多的温度（900 °C）下，通过少量 LiOH·H 2 O 的化学反应，SiO 中无定形 SiO 2的长程/短程阶数也会增加。 . SiO 2结晶增加大大减少了SiO的不可逆电化学反应。结果，添加锂的 SiO 显示出显着增加的 ICE，约为 82.7%，这是最高值之一。此外，我们证明了控制 SiO 的结晶可以使我们同时在 SiO 中实现高 ICE、高可逆容量和优异的容量保持率（在 1C 速率下 100% 循环 100 次）。这一认识和发现将为设计具有高 ICE 和长期稳定性的高容量 SiO2 用于实用的高能量密度锂电池铺平道路。
更新日期：2022-09-20
中文翻译：
通过控制 SiO2 基体结晶实现 SiO 的高初始库仑效率
SiO 是一种很有前途的实用锂离子电池负极材料，因为它可以实现比石墨高得多的容量和比 Si 更好的容量保持率。然而，SiO 的初始库仑效率 (ICE) 较差。在这里，我们报告了一种根本不同的方法来增加 SiO 的低 ICE，同时与以前的方法（如电化学/化学预锂化工艺）相比，实现高容量和长期循环稳定性。为了增强 ICE，即使在比报道的温度低得多的温度（900 °C）下，通过少量 LiOH·H 2 O 的化学反应，SiO 中无定形 SiO 2的长程/短程阶数也会增加。 . SiO 2结晶增加大大减少了SiO的不可逆电化学反应。结果，添加锂的 SiO 显示出显着增加的 ICE，约为 82.7%，这是最高值之一。此外，我们证明了控制 SiO 的结晶可以使我们同时在 SiO 中实现高 ICE、高可逆容量和优异的容量保持率（在 1C 速率下 100% 循环 100 次）。这一认识和发现将为设计具有高 ICE 和长期稳定性的高容量 SiO2 用于实用的高能量密度锂电池铺平道路。
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