High rate and long-term cycling of silicon anodes with phosphonium-based ionic liquids as electrolytes for lithium-ion batteries

Autor(es)

Sanchez-Ramirez, Nedher ; Monje, Ivonne E. ; Belanger, Daniel ; Camargo, Pedro H. C. ; Torresi, Roberto M.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Electrochimica Acta; v. 439, p. 8-pg., 2022-12-10.

Resumo

This paper describes the effects of the length of the phosphonium alkyl chain in FSI-based ionic liquids (ILs) used as an electrolyte solvent with Si electrodes in a Li/Si half-cell. The electrochemical performance of Si nano-particles at a high rate in the synthesized triethyl-n-butylphosphonium bis(fluorosulfonyl)imide) [P-2224][FSI] and triethyl-n-octylphosphonium bis(fluorosulfonyl)imide) [P-2228][FSI] ILs, which also contain 1 M LiFSI, is compared with that of a common organic electrolyte using either polyacrylic acid (PAA) or polyacrylonitrile (PAN) as a binder. For the three electrolytes, the highest performance was obtained with the PAN binder, while both electrodes in ILs exhibited superior performance compared to the conventional organic electrolyte. For the Si/PAN composite electrode, after 1000 cycles at 1 A.g(-1), the delithiation capacities were 1344, 550 and 136 mAh.g(-1) for [P-2224][FSI] in 1 M LiFSI, [P-2228][FSI] in 1 M LiFSI and the commercial organic electrolyte, which corresponded to capacity retentions of 61%, 50% and 5%, respectively. Our results indicate that the chemical structure of the phosphonium cation enabled the tuning of transport properties and significantly influences the electrochemical behavior of the Si anode in the presence of LiFSI/IL as an electrolyte. (AU)

• Processo FAPESP: 14/01987-6 - Estudo da intercalação de lítio em materiais catódicos baseados em óxidos de metais transição nanoestruturados usando como eletrólitos líquidos iônicos (ILs) pouco viscosos sintetizados a partir do fôsfonio e tetracianoborato.
• Beneficiário: Nédher Sánches Ramírez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/20043-7 - Nanopartículas para a formação de silício poroso e como aditivos condutores para ânodo em Baterias de Iões de Lítio
• Beneficiário: Ivonne Eliana Monje López
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/07638-7 - Modificação de superfície de catodos para baterias de íon lítio: estudos da interface eletrodo/eletrólito
• Beneficiário: Ivonne Eliana Monje López
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/26308-7 - Otimização das propriedades físico-químicas de materiais nano-estruturados e suas aplicações em reconhecimento molecular, catálise e conversão/armazenamento de energia
• Beneficiário: Roberto Manuel Torresi
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/08553-2 - Espectroscopia computacional de moléculas diatômicas
• Beneficiário: Antonio Gustavo Sampaio de Oliveira Filho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/00675-4 - Arquitetura de materiais para armazenamento de energia eletroquímica e catálise
• Beneficiário: Roberto Manuel Torresi
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 15/11164-0 - Estudo da intercalação de lítio em nanopartículas de silício produzido por plasma induzido usando líquidos iônicos como eletrólitos
• Beneficiário: Nédher Sánches Ramírez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado