Silicon‐Based Nanomaterials for Lithium‐Ion Batteries: A Review

Advanced Energy Materials - Tập 4 Số 1 - 2014
Xin Su1, Qingliu Wu2, Juchuan Li3, Xingcheng Xiao4, Amber Lott5, Wenquan Lu2, Brian W. Sheldon1, Ji Wu5
1School of Engineering, Brown University, Providence, RI 02912, USA
2Electrochemical Energy Storage, Chemical Sciences and Engineering Division, 9700 South Cass Avenue, Building 205, Argonne, IL, 60439-4837 USA
3Materials Science & Technology Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 37831, USA
4Chemical Sciences and Materials Systems Laboratory, General Motors Research and Development Center, Warren, MI 48090, USA
5Department of Chemistry, Georgia Southern University, Statesboro, GA30460 USA

Tóm tắt

There are growing concerns over the environmental, climate, and health impacts caused by using non‐renewable fossil fuels. The utilization of green energy, including solar and wind power, is believed to be one of the most promising alternatives to support more sustainable economic growth. In this regard, lithium‐ion batteries (LIBs) can play a critically important role. To further increase the energy and power densities of LIBs, silicon anodes have been intensively explored due to their high capacity, low operation potential, environmental friendliness, and high abundance. The main challenges for the practical implementation of silicon anodes, however, are the huge volume variation during lithiation and delithiation processes and the unstable solid‐electrolyte interphase (SEI) films. Recently, significant breakthroughs have been achieved utilizing advanced nanotechnologies in terms of increasing cycle life and enhancing charging rate performance due partially to the excellent mechanical properties of nanomaterials, high surface area, and fast lithium and electron transportation. Here, the most recent advance in the applications of 0D (nanoparticles), 1D (nanowires and nanotubes), and 2D (thin film) silicon nanomaterials in LIBs are summarized. The synthetic routes and electrochemical performance of these Si nanomaterials, and the underlying reaction mechanisms are systematically described.

Từ khóa


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