1. Matching silicon-based anodes with sulfide-based solid-state electrolytes for Li-ion batteries
- Author
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Grandjean, Martine, Pichardo, Mélanie, Biecher, Yohan, Haon, Cédric, Chenevier, Pascale, Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP ), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), service technologies batteries (STB), laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies nouvelles et les Nanomatériaux (LITEN), direction de la recherche technologique (DRT), commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-direction de la recherche technologique (DRT), commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Département de l'électricité et de l'hydrogène dans les transports (DEHT), Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and the FOCUS BATTERIES program of CEA
- Subjects
Silicon nanowires ,Sulfide solid electrolyte ,Silicon anode ,All-solid-state batteries sulfide solid electrolyte silicon anode silicon nanowires ,silicon anode ,All-solid-state batteries ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,sulfide solid electrolyte ,silicon nanowires - Abstract
International audience; Thanks to their high ionic conductivity and appropriate mechanical properties, sulfide-based solid electrolytes (SSE) are increasingly studied for a use in all-solid-state batteries (ASSBs). Silicon is abundant, non toxic and has a high theoretical capacity, and therefore is a promising active material in ASSBs. We first study the compatibility between two different solid electrolytes with similar ionic conductivity, Li$_{10}$SnP$_2$S$_{12}$ (LSnPS) and Li$_6$PS$_5$Cl (LPSCl), and micron-sized silicon based anode. LPSCl appears to be less reactive than LSnPS and it is then used to determine the most appropriate silicon size and shape for efficient cycling. Two silicon materials are compared, micron-sized silicon particles (μSi) and silicon nanowires (SiNWs). Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX) mapping of the composite powders shows a better dispersion of the SiNWs in the LPSCl matrix. Galvanostatic cycling and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements highlight the greater compatibility of SiNWs compared to μSi in ASSBs with a high specific delithiation capacity of 2600 mAh/gSi at the first cycle, while limiting the polarization and maintaining a relatively stable lithiation mechanism during cycling.
- Published
- 2023