Lithiation of SiO2 in Li-ion batteries: In situ transmission electron microscopy experiments and theoretical studies

Nano Letters

Volumn 14, Issue 12, 2014, Pages 7161-7170

  Zhang, Yuefei ^a   Li, Yujie ^a   Wang, Zhenyu ^a   Zhao, Kejie ^b  

^a BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (China)

^b Purdue University   (United States)

Author keywords

core shell; Li ion batteries; oxides; stress; Surface coating

Indexed keywords

COATINGS; COMPUTATION THEORY; CONTINUUM MECHANICS; DEFORMATION; ELECTRIC BATTERIES; EXPERIMENTS; IN SITU PROCESSING; IONS; LITHIUM; MECHANICAL PROPERTIES; NANOWIRES; OXIDES; SILICON CARBIDE; STRESSES; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY;

CHEMOMECHANICAL BEHAVIORS; CORE-SHELL; ELECTROCHEMICAL PROCESS; HIGH-CAPACITY ELECTRODES; IN-SITU TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPIES; IONIC TRANSPORT PROPERTIES; LI-ION BATTERIES; SURFACE COATINGS;

LITHIUM BATTERIES;

EID: 84916596084     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl503776u     Document Type: Article

References (57)

1. Service, R. F. Science 2014, 344, 352-354
2. Van Noorden, R. Nature 2014, 507, 26-28
3. Yu, H. C.; Ling, C.; Bhattacharya, J.; Thomas, J. C.; Thornton, K.; Van der Ven, A. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1760-1768
4. Goodenough, J. B.; Park, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1167-1176
5. Choi, N. S.; Yao, Y.; Cui, Y.; Cho, J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 9825-9840
6. Zhang, W. J. J. Power Sources 2011, 196, 13-24
7. Zhao, K. J.; Pharr, M.; Vlassak, J. J.; Suo, Z. G. J. Appl. Phys. 2010, 108, 073517
8. Yang, H.; Fan, F.; Liang, W.; Guo, X.; Zhu, T.; Zhang, S. J. Mech. Phys. Solids 2014, 70, 349-361
9. Zhao, K. J.; Pharr, M.; Vlassak, J. J.; Suo, Z. G. J. Appl. Phys. 2011, 109, 016110
10. Mukhopadhyay, A.; Sheldon, B. W. Prog. Mater. Sci. 2014, 63, 58-116
11. Zheng, G. Y.; Yang, Y.; Cha, J. J.; Hong, S. S.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11, 4462-4467
12. Marichy, C.; Bechelany, M.; Pinna, N. Adv. Mater. 2012, 24, 1017-1032
13. McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Ryu, I.; Wu, H.; Nix, W. D.; Choi, J. W.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11, 4018-4025
14. Zhao, K.; Pharr, M.; Hartle, L.; Vlassak, J. J.; Suo, Z. J. Power Sources 2012, 218, 6-14
15. Sandu, G.; Brassart, L.; Gohy, J.-F.; Pardoen, T.; Melinte, S.; Vlad, A. ACS Nano 2014, 8, 9427-9436
16. Wu, H.; Chan, G.; Choi, J. W.; Ryu, I.; Yao, Y.; McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Jackson, A.; Yang, Y.; Hu, L. B.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 309-314
17. Liu, Y.; Hudak, N. S.; Huber, D. L.; Limmer, S. J.; Sullivan, J. P.; Huang, J. Y. Nano Lett. 2011, 11, 4188-4194
18. Seh, Z. W.; Li, W. Y.; Cha, J. J.; Zheng, G. Y.; Yang, Y.; McDowell, M. T.; Hsu, P. C.; Cui, Y. Nat. Commun. 2013, 4, 1331
19. Hertzberg, B.; Alexeev, A.; Yushin, G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8548-8549
20. Huang, J. Y.; Zhong, L.; Wang, C. M.; Sullivan, J. P.; Xu, W.; Zhang, L. Q.; Mao, S. X.; Hudak, N. S.; Liu, X. H.; Subramanian, A.; Fan, H. Y.; Qi, L. A.; Kushima, A.; Li, J. Science 2010, 330, 1515-1520
21. Favors, Z.; Wang, W.; Bay, H. H.; George, A.; Ozkan, M.; Ozkan, C. S. Sci. Rep. 2014, 4, 4605
22. Tao, L. Q.; Zai, J. T.; Wang, K. X.; Zhang, H. J.; Xu, M.; Shen, J.; Su, Y. Z.; Qian, X. F. J. Power Sources 2012, 202, 230-235
23. Glass, A. M.; Nassau, K. J. Appl. Phys. 1980, 51, 3756-3761
24. Dong-Hua, W.; Di, X.; Qing, W.; Ya-Juan, H.; Guo-Qiang, J.; Xiang-Yun, G.; Tu, K. N. Nanotechnology 2008, 19, 215602
25. Hao, Y.-J.; Jin, G.-Q.; Han, X.-D.; Guo, X.-Y. Mater. Lett. 2006, 60, 1334-1337
26. Zhang, Y. F.; Han, X. D.; Zheng, K.; Zhang, Z.; Zhang, X. N.; Fu, J. Y.; Ji, Y.; Hao, Y. J.; Guo, X. Y.; Wang, Z. L. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 3435-3440
27. Zhou, W.; Kapetanakis, M. D.; Prange, M. P.; Pantelides, S. T.; Pennycook, S. J.; Idrobo, J.-C. Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 206803
28. Karki, K.; Zhu, Y. J.; Liu, Y. H.; Sun, C. F.; Hu, L. B.; Wang, Y. H.; Wang, C. S.; Cumings, J. ACS Nano 2013, 7, 8295-8302
29. Gu, M.; Wang, Z. G.; Connell, J. G.; Perea, D. E.; Lauhon, L. J.; Gao, F.; Wang, C. M. ACS Nano 2013, 7, 6303-6309
30. McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Harris, J. T.; Korgel, B. A.; Wang, C. M.; Nix, W. D.; Cui, Y. Nano Lett. 2013, 13, 758-764
31. Wang, J. W.; He, Y.; Fan, F. F.; Liu, X. H.; Xia, S. M.; Liu, Y.; Harris, C. T.; Li, H.; Huang, J. Y.; Mao, S. X.; Zhu, T. Nano Lett. 2013, 13, 709-715
32. Huang, H.; Kelder, E. M.; Chen, L.; Schoonman, J. J. Power Sources 1999, 81, 362-367
33. Saint, J.; Morcrette, M.; Larcher, D.; Laffont, L.; Beattie, S.; Peres, J. P.; Talaga, D.; Couzi, M.; Tarascon, J. M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1765-1774
34. Guo, B. K.; Shu, J.; Wang, Z. X.; Yang, H.; Shi, L. H.; Liu, Y. N.; Chen, L. Q. Electrochem. Commun. 2008, 10, 1876-1878
35. Ban, C. M.; Kappes, B. B.; Xu, Q.; Engtrakul, C.; Ciobanu, C. V.; Dillon, A. C.; Zhao, Y. F. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 243905
36. Chou, C. Y.; Hwang, G. S. Chem. Mater. 2013, 25, 3435-3440
37. Xun, S.; Song, X.; Wang, L.; Grass, M. E.; Liu, Z.; Battaglia, V. S.; Liu, G. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A1260-A1266
38. Chang, W. S.; Park, C. M.; Kim, J. H.; Kim, Y. U.; Jeong, G.; Sohn, H. J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6895-6899
39. Song, K.; Yoo, S.; Kang, K.; Heo, H.; Kang, Y. M.; Jo, M. H. J. Power Sources 2013, 229, 229-233
40. Zhang, L.; Deng, J. W.; Liu, L. F.; Si, W. P.; Oswald, S.; Xi, L. X.; Kundu, M.; Ma, G. Z.; Gemming, T.; Baunack, S.; Ding, F.; Yan, C. L.; Schmidt, O. G. Adv. Mater. 2014, 26, 4527-4532
41. Yan, N.; Wang, F.; Zhong, H.; Li, Y.; Wang, Y.; Hu, L.; Chen, Q. W. Sci. Rep. 2013, 3, 1568
42. Sim, S.; Oh, P.; Park, S.; Cho, J. Adv. Mater. 2013, 25, 4498-4503
43. Yoo, H.; Lee, J. I.; Kim, H.; Lee, J. P.; Cho, J.; Park, S. Nano Lett. 2011, 11, 4324-4328
44. Yang, J.; Takeda, Y.; Imanishi, N.; Capiglia, C.; Xie, J. Y.; Yamamoto, O. Solid State Ionics 2002, 152, 125-129
45. Nagao, Y.; Sakaguchi, H.; Honda, H.; Fukunaga, T.; Esaka, T. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1572-A1575
46. Miyachi, M.; Yamamoto, H.; Kawai, H.; Ohta, T.; Shirakata, M. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, A2089-A2091
47. Kim, T.; Park, S.; Oh, S. M. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, A1112-A1117
48. Hwa, Y.; Park, C. M.; Sohn, H. J. J. Power Sources 2013, 222, 129-134
49. Deal, B. E.; Grove, A. S. J. Appl. Phys. 1965, 36, 3770-3778
50. Kao, D.-B.; McVittie, J. P.; Nix, W. D.; Saraswat, K. C. IEEE Trans. Electron Devices 1988, 35, 25-37
51. Gu, M.; Yang, H.; Perea, D. E.; Zhang, J.-G.; Zhang, S.; Wang, C.-M. Nano Lett. 2014, 14, 4622-4627
52. Plimpton, S. J. Comput. Phys. 1995, 117, 1-19
53. Munetoh, S.; Motooka, T.; Moriguchi, K.; Shintani, A. Comput. Mater. Sci. 2007, 39, 334-339
54. Zhao, K. J.; Tritsaris, G. A.; Pharr, M.; Wang, W. L.; Okeke, O.; Suo, Z. G.; Vlassak, J. J.; Kaxiras, E. Nano Lett. 2012, 12, 4397-4403
55. Johari, P.; Qi, Y.; Shenoy, V. B. Nano Lett. 2011, 11, 5494-5500
56. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
57. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758