Small Methods：P掺杂的三明治Si负极实现高初始库仑效率和低容量衰减

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Small Methods：P掺杂的三明治Si负极实现高初始库仑效率和低容量衰减
初始可逆性和优异的容量保持率是高性能锂离子电池（LIBs）中高容量电极材料成功的关键要求，并给开发带来了许多挑战。硅因其出色的理论容量而被认为是一种很有前途的负极材料，然而它在锂化/脱锂过程中存在巨大的体积变化和不稳定SEI的连续形成，最终导致初始库仑效率（ICE）低和容量衰减严重。
Small Methods：P掺杂的三明治Si负极实现高初始库仑效率和低容量衰减
在此，韩国汉阳大学Kuk Young Cho、韩国材料科学研究所（KIMS）Dong-Ho Kim及公州大学Sukeun Yoon等人为了规避这些挑战，使用P掺杂和SiOx的组合设计和制备了一种没有预锂化的新型三明治Si负极 (SiOx /Si/SiOx)层。由于高可逆性同时保持结构完整性，具有比Si更高电导率的P掺杂SiOx层表现出高 ICE。
SiOx（其中X接近1）能够防止体积变化并充当活性材料，用Si设计的两个SiOx层减少了电极-电解液界面的表面接触面积，从而显著防止了由不稳定的SEI形成引起的Si表面降解。
Small Methods：P掺杂的三明治Si负极实现高初始库仑效率和低容量衰减
图1. 三明治Si负极 (SiOx /Si/SiOx)层的制备及表征
因此，Si负极与SiOx层结合表现出90.4%的最高ICE和3534 mAh g-1的高初始比容量。
此外，它在100次循环后保持了2969 mAh g-1的比容量，因此表现出低容量衰减。研究表明，通过锂化/脱锂，锂离子可以转移到P掺杂的Si和SiOx层，这显著提高了Si负极的锂离子扩散系数。此外，SiOx层有利于更快的锂离子传输，并作为非晶Si大量体积变化的缓冲层。综上所述，该研究所提出的负极及其制造策略有望实现Si薄膜负极在高能量密度和高功率密度LIB中的实际应用。
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图2. Si和Si/SiOx沉积电极的电化学性能
P-Doped SiOx/Si/SiOx Sandwich Anode for Li-Ion Batteries to Achieve High Initial Coulombic Efficiency and Low Capacity Decay, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202101052

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