「国家杰青」&「长江学者」,天津大学杨全红团队,最新JACS!

「国家杰青」&「长江学者」,天津大学杨全红团队,最新JACS!
第一作者:Yue Zhai
通讯作者:杨全红,吴士超
通讯单位:天津大学
「国家杰青」&「长江学者」,天津大学杨全红团队,最新JACS!
杨全红,男,博士,第十四届全国政协委员,天津大学化工学院教授,博士生导师。
国家杰出青年科学基金获得者、教育部“长江学者”特聘教授、中组部“万人计划”领军人才、国务院政府津贴获得者、创新人才推进计划“中青年科技创新领军人才” 、获英国碳素学会“The Brian Kelly Award”(2004)。从事碳功能纳米材料和新型储能器件研究,获国家技术发明二等奖(2017)、天津市自然科学奖一等奖(2013,第一完成人)和天津市科技进步奖一等奖(2012,第二完成人)。
论文速览
固体电解质界面(SEIs)旨在保护大容量阳极,这些阳极会遭受严重的体积变化和快速降解。先前提出的有效SEI具有高强度但不粘,这导致蛋黄壳结构将刚性SEI与阳极分离,以适应体积变化。矛盾的是,界面空隙演化的电化学机械脆弱性成为固有缺陷。
本论文提出了一种新型的固体电解质界面(SEI)设计原则,强调了弹性和粘附性对于高性能阳极的重要性。
研究团队开发了一种具有弹性和粘附性的SEI(re-ad-SEI),并将其集成到共轭表面双层结构中。这种re-ad-SEI及其保护的颗粒在循环过程中表现出卓越的稳定性,几乎不出现SEI增厚和颗粒粉碎。更重要的是,动态结合的完整SEI-阳极界面能够实现高效的离子传输,并为阳极的结构完整性提供独特的机械限制效果。在微尺寸阳极中,展示了高库仑效率(>99.8%)、出色的循环稳定性(500个循环)和卓越的倍率性能。
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图文导读
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图1:不同SEI设计原则的分类和特性。
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图2:通过在SiOx颗粒上复合内部石墨化碳层和外部共轭导电聚合物(CP)层来构建re-ad-SEI的策略。
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图3:SiOx@C−CP阳极与传统SiOx@C阳极的电化学性能。
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图4:re-ad-SEI和re-ab-SEI的组成和结构。
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图5:re-ad-SEI和re-ab-SEI在循环后的活性材料界面特征和模量分析,以及通过电化学阻抗谱(EIS)分析阳极的阻抗演变。
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图6:re-ad-SEI和re-ab-SEI系统内部结构和应力分布的差异。
总结展望
本研究提出的re-ad-SEI设计理念为高容量阳极的保护提供了新的策略。通过集成具有高弹性和粘附性的SEI,实现了对硅基阳极在循环过程中的有效保护,显著提高了电池的循环稳定性和倍率性能。
这一策略不仅适用于SiOx微颗粒,也适用于其他硅基阳极材料,为实现高能量密度锂离子电池的商业化提供了重要的技术支撑。未来的工作将进一步优化SEI的组成和结构,以满足更高性能电池的需求。
文献信息
标题:Both Resilience and Adhesivity Define Solid Electrolyte Interphases for a High Performance Anode
期刊:Journal of the American Chemical Society
DOI:10.1021/jacs.4c02115

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