Influence de l'architecture des matériaux d'anode 2D sur les performances électrochimiques des batteries

Les matériaux à base silicium bidimensionnels (2D), équivalents au graphène, sont particulièrement intéressants en raison de leurs propriétés électrochimiques et mécaniques inhérentes combinées à une anisotropie structurelle. Cette combinaison unique limite efficacement l'expansion volumique de la couche à l'interface entre l'anode et l'électrolyte (SEI) tout en augmentant considérablement la capacité spécifique de la batterie. Ce travail vise à améliorer les performances de stockage du lithium de microparticules de siloxène 2D, en particulier après un processus de calcination à 300°C. Les anodes de siloxène 2D atteignent une capacité stable de 1500 mAh g-1 à C/20 après 2 cycles, et une stabilité de cyclage d'environ 750 mAh/g après 200 cycles à 1000 mA/g, surpassant les électrodes de graphite de plus de trois fois, sans subir d'expansion de volume ni sacrifier leurs performances électrochimiques. Le processus de calcination modifie la surface des feuillets de Si en éliminant partiellement les groupes terminaux H et OH, réduisant ainsi la réduction des solvants, augmentant la teneur en LiF dans la couche SEI et améliorant l'affinité entre le siloxène et LiF. En conséquence, la stabilité après plusieurs cycles des électrodes de siloxène est grandement améliorée par rapport aux anodes à base de nanoparticules de Si de 100 nm. La calcination apparaît donc comme une méthode prometteuse pour améliorer les propriétés électrochimiques des électrodes de siloxène, offrant des perspectives intéressantes pour la conception d'anodes de batteries lithium-ion haute performance. De plus, l'utilisation d'un additif électrolytique (FEC) a encore réduit la perte de capacité à des taux de charge plus élevés et prolongé le cyclage. La formation et l'évolution des couches SEI ont été étudiées en utilisant l'XPS et le SEM en utilisant des coupes transversales des anodes.