High-capacity anode materials for sodium-ion batteries

Chemistry - A European Journal

Volumn 20, Issue 38, 2014, Pages 11980-11992

  Kim, Youngjin ^b   Ha, Kwang Ho ^a   Oh, Seung M ^b   Lee, Kyu Tae ^a  

^a Ulsan National Institute of Science and Technology   (South Korea)

^b Seoul National University   (South Korea)

Author keywords

anode materials; batteries; energy storage systems

Indexed keywords

ANODES; ELECTRIC BATTERIES; ELECTRODES; ENERGY STORAGE; IONS; METAL IONS; SOLAR CELLS;

ANODE MATERIAL; ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE; ENERGY STORAGE SYSTEMS; FAILURE MECHANISM; HIGH CAPACITY ANODE; HIGH REVERSIBLE CAPACITIES; LI-ION BATTERIES; SODIUM ION BATTERIES;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84910649638     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.201402511     Document Type: Review

References (125)

1. B. L. Ellis, K. T. Lee, L. F. Nazar, Chem. Mater. 2010, 22, 691-714
2. N.-S. Choi, Z. Chen, S. A. Freunberger, X. Ji, Y.-K. Sun, K. Amine, G. Yushin, L. F. Nazar, J. Cho, P. G. Bruce, Angew. Chem. 2012, 124, 10134-10166
3. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9994-10024
4. K. T. Lee, J. Cho, Nano Today 2011, 6, 28-41
5. M. Armand, J. M. Tarascon, Nature 2008, 451, 652-657
6. P. G. Bruce, B. Scrosati, J.-M. Tarascon, Angew. Chem. 2008, 120, 2972-2989
7. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2930-2946
8. J. M. Tarascon, M. Armand, Nature 2001, 414, 359-367
9. M. Winter, J. O. Besenhard, M. E. Spahr, P. Novák, Adv. Mater. 1998, 10, 725-763.
10. C. Grosjean, P. H. Miranda, M. Perrin, P. Poggi, Renewable Sustainable Energy Rev. 2012, 16, 1735-1744
11. H. D. Yoo, I. Shterenberg, Y. Gofer, G. Gershinsky, N. Pour, D. Aurbach, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2265-2279.
12. B. L. Ellis, L. F. Nazar, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2012, 16, 168-177
13. S. W. Kim, D. H. Seo, X. H. Ma, G. Ceder, K. Kang, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 710-721
14. M. D. Slater, D. Kim, E. Lee, C. S. Johnson, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 947-958
15. S. Y. Hong, Y. Kim, Y. Park, A. Choi, N. S. Choi, K. T. Lee, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2067-2081
16. V. Palomares, M. Casas-Cabanas, E. Castillo-Martinez, M. H. Han, T. Rojo, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2312-2337
17. H. Pan, Y.-S. Hu, L. Chen, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2338-2360.
18. Y. Kim, Y. Kim, A. Choi, S. Woo, D. Mok, N.-S. Choi, Y. S. Jung, J. H. Ryu, S. M. Oh, K. T. Lee, Adv. Mater. 2014, 26, 4139- 4144.
19. N. Yabuuchi, M. Kajiyama, J. Iwatate, H. Nishikawa, S. Hitomi, R. Okuyama, R. Usui, Y. Yamada, S. Komaba, Nat. Mater. 2012, 11, 512-517.
20. A. Darwiche, C. Marino, M. T. Sougrati, B. Fraisse, L. Stievano, L. Monconduit, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20805-20811
21. L. Baggetto, P. Ganesh, C.-N. Sun, R. A. Meisner, T. A. Zawodzinski, G. M. Veith, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 7985-7994
22. M. He, K. Kravchyk, M. Walter, M. V. Kovalenko, Nano Lett. 2014, 14, 1255-1262
23. J. Qian, Y. Chen, L. Wu, Y. Cao, X. Ai, H. Yang, Chem. Commun. 2012, 48, 7070-7072
24. X. Zhou, Z. Dai, J. Bao, Y.-G. Guo, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 13727-13731
25. Y. Zhu, X. Han, Y. Xu, Y. Liu, S. Zheng, K. Xu, L. Hu, C. Wang, ACS Nano 2013, 7, 6378-6386.
26. L. Baggetto, M. Marszewski, J. Gõrka, M. Jaroniec, G. M. Veith, J. Power Sources 2013, 243, 699-705
27. L. Baggetto, E. Allcorn, R. R. Unocic, A. Manthiram, G. M. Veith, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 11163-11169
28. L. Baggetto, E. Allcorn, A. Manthiram, G. M. Veith, Electrochem. Commun. 2013, 27, 168-171
29. D.-H. Nam, K.-S. Hong, S.-J. Lim, H.-S. Kwon, J. Power Sources 2014, 247, 423-427.
30. M. Yoshio, H. Wang, K. Fukuda, T. Umeno, N. Dimov, Z. Ogumi, J. Electrochem. Soc. 2002, 149, A 1598 -A 1603
31. Y.-S. Hu, R. Demir-Cakan, M.-M. Titirici, J.-O. Müller, R. Schlögl, M. Antonietti, J. Maier, Angew. Chem. 2008, 120, 1669-1673
32. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 1645-1649
33. A. Magasinski, P. Dixon, B. Hertzberg, A. Kvit, J. Ayala, G. Yushin, Nat. Mater. 2010, 9, 353-358
34. O. B. Chae, S. Park, J. H. Ryu, S. M. Oh, J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A 11 -A 14
35. H. Liu, S. Chen, G. Wang, S. Z. Qiao, Chem. Eur. J. 2013, 19, 16897-16901
36. Y. Park, N.-S. Choi, S. Park, S. H. Woo, S. Sim, B. Y. Jang, S. M. Oh, S. Park, J. Cho, K. T. Lee, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 206-212.
37. L. Wu, F. Pei, R. Mao, F. Wu, Y. Wu, J. Qian, Y. Cao, X. Ai, H. Yang, Electrochim. Acta 2013, 87, 41-45.
38. N.-S. Choi, K. H. Yew, K. Y. Lee, M. Sung, H. Kim, S.-S. Kim, J. Power Sources 2006, 161, 1254-1259
39. L. F. Li, H. S. Lee, H. Li, X. Q. Yang, X. J. Huang, Electrochem. Commun. 2009, 11, 2296-2299
40. V. Etacheri, O. Haik, Y. Goffer, G. A. Roberts, I. C. Stefan, R. Fasching, D. Aurbach, Langmuir 2012, 28, 965-976
41. H. Nakai, T. Kubota, A. Kita, A. Kawashima, J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A 798 -A 801
42. G. H. Wrodnigg, J. O. Besenhard, M. Winter, J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 470-472
43. S.-K. Jeong, M. Inaba, R. Mogi, Y. Iriyama, T. Abe, Z. Ogumi, Langmuir 2001, 17, 8281-8286
44. S. Park, J. H. Ryu, S. M. Oh, J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A 498 -A 503
45. H. Park, T. Yoon, J. Mun, J. H. Ryu, J. J. Kim, S. M. Oh, J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A 1539 -A 1543.
46. L. D. Ellis, T. D. Hatchard, M. N. Obrovac, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A 1801 -A 1805
47. J. W. Wang, X. H. Liu, S. X. Mao, J. Y. Huang, Nano Lett. 2012, 12, 5897-5902
48. S. Komaba, Y. Matsuura, T. Ishikawa, N. Yabuuchi, W. Murata, S. Kuze, Electrochem. Commun. 2012, 21, 65-68
49. Y. Xu, Y. Zhu, Y. Liu, C. Wang, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 128-133
50. Y. Liu, Y. Xu, Y. Zhu, J. N. Culver, C. A. Lundgren, K. Xu, C. Wang, ACS Nano 2013, 7, 3627-3634
51. H. Zhu, Z. Jia, Y. Chen, N. Weadock, J. Wan, O. Vaaland, X. Han, T. Li, L. Hu, Nano Lett. 2013, 13, 3093-3100
52. D. Bresser, F. Mueller, D. Buchholz, E. Paillard, S. Passerini, Electrochim. Acta 2014, 128, 163-171.
53. V. L. Chevrier, G. Ceder, J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A 1011 -A 1014.
54. Y.-M. Lin, P. R. Abel, A. Gupta, J. B. Goodenough, A. Heller, C. B. Mullins, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 8273-8277.
55. J. S. Thorne, R. A. Dunlap, M. N. Obrovac, Electrochim. Acta 2013, 112, 133-137.
56. L. Baggetto, J.-C. Jumas, J. Gorka, C. A. Bridges, G. M. Veith, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 10885-10894.
57. L. Xiao, Y. Cao, J. Xiao, W. Wang, L. Kovarik, Z. Nie, J. Liu, Chem. Commun. 2012, 48, 3321-3323
58. A. Darwiche, M. T. Sougrati, B. Fraisse, L. Stievano, L. Monconduit, Electrochem. Commun. 2013, 32, 18-21
59. L. Ji, M. Gu, Y. Shao, X. Li, M. H. Engelhard, B. W. Arey, W. Wang, Z. Nie, J. Xiao, C. Wang, J.-G. Zhang, J. Liu, Adv. Mater. 2014, 26, 2901-2908.
60. L. D. Ellis, B. N. Wilkes, T. D. Hatchard, M. N. Obrovac, J. Electrochem. Soc. 2014, 161, A 416 -A 421.
61. P. R. Abel, Y.-M. Lin, T. de Souza, C.-Y. Chou, A. Gupta, J. B. Goodenough, G. S. Hwang, A. Heller, C. B. Mullins, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 18885-18890.
62. L. Baggetto, J. K. Keum, J. F. Browning, G. M. Veith, Electrochem. Commun. 2013, 34, 41-44.
63. S. A. Webb, L. Baggetto, C. A. Bridges, G. M. Veith, J. Power Sources 2014, 248, 1105-1117.
64. C. M. Park, H. J. Sohn, Adv. Mater. 2007, 19, 2465-2468
65. L.-Q. Sun, M.-J. Li, K. Sun, S.-H. Yu, R.-S. Wang, H.-M. Xie, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 14772-14779
66. M. C. Stan, J. v. Zamory, S. Passerini, T. Nilges, M. Winter, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 5293-5300
67. J. Qian, D. Qiao, X. Ai, Y. Cao, H. Yang, Chem. Commun. 2012, 48, 8931-8933
68. C. Marino, A. Debenedetti, B. Fraisse, F. Favier, L. Monconduit, Electrochem. Commun. 2011, 13, 346-349
69. C. Marino, L. Boulet, P. Gaveau, B. Fraisse, L. Monconduit, J. Mater. Chem. 2012, 22, 22713-22720
70. L. Wang, X. He, J. Li, W. Sun, J. Gao, J. Guo, C. Jiang, Angew. Chem. 2012, 124, 9168-9171
71. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9034-9037.
72. Y. Kim, Y. Park, A. Choi, N.-S. Choi, J. Kim, J. Lee, J. H. Ryu, S. M. Oh, K. T. Lee, Adv. Mater. 2013, 25, 3045-3049.
73. B. Koo, H. Kim, Y. Cho, K. T. Lee, N. S. Choi, J. Cho, Angew. Chem. 2012, 124, 8892-8897
74. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 8762-8767.
75. J. Qian, X. Wu, Y. Cao, X. Ai, H. Yang, Angew. Chem. 2013, 125, 4731-4734
76. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4633-4636.
77. W.-J. Li, S.-L. Chou, J.-Z. Wang, H.-K. Liu, S.-X. Dou, Nano Lett. 2013, 13, 5480-5484.
78. N. Yabuuchi, Y. Matsuura, T. Ishikawa, S. Kuze, J.-Y. Son, Y.-T. Cui, H. Oji, S. Komaba, ChemElectroChem. 2014, 1, 580-589.
79. J. Fullenwarth, A. Darwiche, A. Soares, B. Donnadieu, L. Monconduit, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2050-2059.
80. V. Pralong, D. C. S. Souza, K. T. Leung, L. F. Nazar, Electrochem. Commun. 2002, 4, 516-520
81. D. C. S. Souza, V. Pralong, A. J. Jacobson, L. F. Nazar, Science 2002, 296, 2012-2015
82. M. P. Bichat, T. Politova, J. L. Pascal, F. Favier, L. Monconduit, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A 2074 -A 2081
83. F. Gillot, S. Boyanov, L. Dupont, M. L. Doublet, M. Morcrette, L. Monconduit, J. M. Tarascon, Chem. Mater. 2005, 17, 6327-6337
84. S. Boyanov, J. Bernardi, F. Gillot, L. Dupont, M. Womes, J. M. Tarascon, L. Monconduit, M. L. Doublet, Chem. Mater. 2006, 18, 3531-3538
85. Y. Kim, H. Hwang, C. S. Yoon, M. G. Kim, J. Cho, Adv. Mater. 2007, 19, 92-96
86. S. Boyanov, D. Zitoun, M. Ménétrier, J. C. Jumas, M. Womes, L. Monconduit, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 21441-21452
87. Y. Lu, J.-P. Tu, Q.-Q. Xiong, J.-Y. Xiang, Y.-J. Mai, J. Zhang, Y.-Q. Qiao, X.-L. Wang, C.-D. Gu, S. X. Mao, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3927-3935
88. J. Y. Jang, G. Park, S.-M. Lee, N.-S. Choi, Electrochem. Commun. 2013, 35, 72-75
89. M. C. Stan, R. Klöpsch, A. Bhaskar, J. Li, S. Passerini, M. Winter, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 231-238.
90. J. Qian, Y. Xiong, Y. Cao, X. Ai, H. Yang, Nano Lett. 2014, 14, 1865-1869
91. W. Li, S.-L. Chou, J.-Z. Wang, J. H. Kim, H.-K. Liu, S.-X. Dou, Adv. Mater. 2014, 26, 4037-4042.
92. J. P. Huang, D. D. Yuan, H. Z. Zhang, Y. L. Cao, G. R. Li, H. X. Yang, X. P. Gao, RSC Adv. 2013, 3, 12593-12597
93. A. Rudola, K. Saravanan, C. W. Mason, P. Balaya, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 2653-2662
94. P. Senguttuvan, G. Rousse, V. Seznec, J. M. Tarascon, M. R. Palacin, Chem. Mater. 2011, 23, 4109-4111
95. W. Wang, C. Yu, Z. Lin, J. Hou, H. Zhu, S. Jiao, Nanoscale 2013, 5, 594-599
96. W. Wang, C. Yu, Y. Liu, J. Hou, H. Zhu, S. Jiao, RSC Adv. 2013, 3, 1041-1044
97. A. Rudola, K. Saravanan, S. Devaraj, H. Gong, P. Balaya, Chem. Commun. 2013, 49, 7451-7453
98. S. H. Woo, Y. Park, W. Y. Choi, N.-S. Choi, S. Nam, B. Park, K. T. Lee, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A 2016 -A 2023
99. X. Yu, H. Pan, W. Wan, C. Ma, J. Bai, Q. Meng, S. N. Ehrlich, Y.-S. Hu, X.-Q. Yang, Nano Lett. 2013, 13, 4721-4727
100. Y. Sun, L. Zhao, H. Pan, X. Lu, L. Gu, Y.-S. Hu, H. Li, M. Armand, Y. Ikuhara, L. Chen, X. Huang, Nat. Commun. 2013, 4, 1870
101. L. Zhao, H. L. Pan, Y. S. Hu, H. Li, L. Q. Chen, Chin. Phys. 2012, 21, 028201
102. Y. Wang, X. Yu, S. Xu, J. Bai, R. Xiao, Y.-S. Hu, H. Li, X.-Q. Yang, L. Chen, X. Huang, Nat. Commun. 2013, 4, 2365
103. H. Xiong, M. D. Slater, M. Balasubramanian, C. S. Johnson, T. Rajh, J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2560-2565
104. Z. Bi, M. P. Paranthaman, P. A. Menchhofer, R. R. Dehoff, C. A. Bridges, M. Chi, B. Guo, X.-G. Sun, S. Dai, J. Power Sources 2013, 222, 461-466
105. M. Shirpour, J. Cabana, M. Doeff, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2538-2547
106. Y. Xu, E. Memarzadeh Lotfabad, H. Wang, B. Farbod, Z. Xu, A. Kohandehghan, D. Mitlin, Chem. Commun. 2013, 49, 8973-8975.
107. M. Valvo, F. Lindgren, U. Lafont, F. Björefors, K. Edström, J. Power Sources 2014, 245, 967-978
108. B. Koo, S. Chattopadhyay, T. Shibata, V. B. Prakapenka, C. S. Johnson, T. Rajh, E. V. Shevchenko, Chem. Mater. 2013, 25, 245-252
109. S. Hariharan, K. Saravanan, V. Ramar, P. Balaya, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 2945-2953
110. M. C. Lõpez, P. Lavela, G. F. Ortiz, J. L. Tirado, Electrochem. Commun. 2013, 27, 152-155.
111. S. Yuan, X.-l. Huang, D.-l. Ma, H.-g. Wang, F.-z. Meng, X.-b. Zhang, Adv. Mater. 2014, 26, 2273-2279.
112. R. Alcántara, M. Jaraba, P. Lavela, J. L. Tirado, Chem. Mater. 2002, 14, 2847-2848.
113. D. Su, C. Wang, H. Ahn, G. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 12543-12550
114. M. Gu, A. Kushima, Y. Shao, J.-G. Zhang, J. Liu, N. D. Browning, J. Li, C. Wang, Nano Lett. 2013, 13, 5203-5211
115. D. Su, H.-J. Ahn, G. Wang, Chem. Commun. 2013, 49, 3131-3133
116. Y. Wang, Y.-G. Lim, M.-S. Park, s. chou, J. H. Kim, H. Liu, S. X. Dou, Y.-J. Kim, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 529-534
117. D. Su, X. Xie, G. Wang, Chem. Eur. J. 2014, 20, 3192-3197.
118. Q. Sun, Q.-Q. Ren, H. Li, Z.-W. Fu, Electrochem. Commun. 2011, 13, 1462-1464.
119. S. Hariharan, K. Saravanan, P. Balaya, Electrochem. Commun. 2013, 31, 5-9.
120. T. B. Kim, J. W. Choi, H. S. Ryu, G. B. Cho, K. W. Kim, J. H. Ahn, K. K. Cho, H. J. Ahn, J. Power Sources 2007, 174, 1275-1278.
121. J.-S. Kim, G.-B. Cho, K.-W. Kim, J.-H. Ahn, G. Wang, H.-J. Ahn, Curr. Appl. Phys. 2011, 11, S 215 -S 218.
122. C. Zhu, X. Mu, P. A. van Aken, Y. Yu, J. Maier, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2152-2156
123. Angew. Chem. 2014, 126, 2184-2188
124. L. David, R. Bhandavat, G. Singh, ACS Nano 2014, 8, 1759-1770.
125. D. Y. Yu, P. V. Prikhodchenko, C. W. Mason, S. K. Batabyal, J. Gun, S. Sladkevich, A. G. Medvedev, O. Lev, Nat. Commun. 2013, 4, 2922.