Anode auf Siliziumbasis

Mit Blick auf die weitere Energieerhöhung auf Zellebene stoßen sogenannte „Lithium-Speichermetalle“, insbesondere Silizium (Si), aufgrund ihrer hohen theoretischen spezifischen Kapazität von 3.579 mAh g auf großes Interesse als mögliche negative Elektrodenmaterialien der nächsten Generation.-1, das dem kristallinen Li 15Si 4 entspricht, in großer Menge vorhanden ist und wenig kostet. Allerdings leidet Si immer noch unter schwerwiegenden Nachteilen, die seinen kommerziellen Durchbruch bisher verhindert haben. Diese hängen wahrscheinlich mit den großen Volumenänderungen (bis zu 300 %) während der Lithiierung/Delithiierung zusammen, die zu einer Trennung der aktiven Si-Partikel vom elektronisch leitenden Netzwerk führen. Im Gegensatz zu Graphitanoden, bei denen die Elektrolytreduktion und die Bildung der entsprechenden Festelektrolyt-Zwischenphase (SEI) hauptsächlich auf die ersten Zyklen beschränkt ist, ist die SEI-Bildung bei Anoden auf Si-Basis ein dynamischer Prozess, bei dem es aufgrund der ständigen strukturellen Veränderungen während des Zyklus zu Abbrüchen und Neubildungen kommt. Dies führt zu einer enormen irreversiblen Kapazität sowie zu hohen aktiven Lithiumverlusten und einem kontinuierlichen Anstieg des Grenzflächenwiderstands bei Lade-/Entladezyklen, was zu einem schnellen Kapazitätsabfall und einer kurzen Zykluslebensdauer führt.