Precisely engineered colloidal nanoparticles and nanocrystals for Li-ion and Na-ion batteries: Model systems or practical solutions?

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 19, 2014, Pages 5422-5432

  Oszajca, Marek F ^a   Bodnarchuk, Maryna I ^a   Kovalenko, Maksym V ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

COORDINATION REACTIONS; ELECTRIC BATTERIES; INORGANIC COMPOUNDS; IONS; LITHIUM; NANOCRYSTALS; NANOPARTICLES; NANOSTRUCTURED MATERIALS; SECONDARY BATTERIES;

CHARGE/DISCHARGE CYCLING; COLLOIDAL NANOCRYSTALS; COLLOIDAL NANOPARTICLES; COORDINATION COMPOUNDS; ELECTRONIC CONDUCTIVITY; MECHANICAL DEFORMATION; NANO-SCALE MATERIALS; PRACTICAL SOLUTIONS;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84921393776     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm5024508     Document Type: Review

References (99)

1. Palacin, M. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2565-2575.
2. Goodenough, J. B.; Kim, Y. Chem. Mater. 2009, 22, 587-603.
3. Dang, C.; Lee, J.; Breen, C.; Steckel, J. S.; Coe-Sullivan, S.; Nurmikko, A. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 335-339.
4. Hayner, C. M.; Zhao, X.; Kung, H. H. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2012, 3, 445-471.
5. Kim, M. G.; Cho, J. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A277-A282.
6. (a) Magasinski, A.; Dixon, P.; Hertzberg, B.; Kvit, A.; Ayala, J.; Yushin, G. Nat. Mater. 2010, 9, 353-358.
7. (b) Chockla, A. M.; Klavetter, K. C.; Mullins, C. B.; Korgel, B. A. Chem. Mater. 2012, 24, 3738-3745.
8. (c) Kovalenko, I.; Zdyrko, B.; Magasinski, A.; Hertzberg, B.; Milicev, Z.; Burtovyy, R.; Luzinov, I.; Yushin, G. Science 2011, 333, 75-79.
9. (d) Beattie, S. D.; Larcher, D.; Morcrette, M.; Simon, B.; Tarascon, J. M. J. Electrochem. Soc. 2008, 155, 158-163.
10. (e) Chan, C. K.; Peng, H.; Liu, G.; McIlwrath, K.; Zhang, X. F.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 31-35.
11. (f) Yoon, S.; Park, C.-M.; Sohn, H.-J. Electrochem. Solid-State Lett. 2008, 11, A42-A45.
12. Luber, E. J.; Buriak, J. M. ACS Nano 2013, 7, 4708-4714.
13. Dunn, J. B.; Gaines, L.; Barnes, M.; Sullivan, J.; Wang, M. http://greet.es.anl.gov/files/lib-lca (2012).
14. Gogotsi, Y.; Simon, P. Science 2011, 334, 917-918.
15. Nitta, N.; Yushin, G. Part. Part. Syst. Charact. 2014, 31, 317-336.
16. Palomares, V.; Serras, P.; Villaluenga, I.; Hueso, K. B.; Carretero-Gonzalez, J.; Rojo, T. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5884-5901.
17. Larcher, D.; Beattie, S.; Morcrette, M.; Edstrom, K.; Jumas, J.-C.; Tarascon, J.-M. J. Mater. Chem. 2007, 17, 3759-3772.
18. Ge, P.; Fouletier, M. Solid State Ionics 1988, 28-30 (Part 2), 1172-1175.
19. Park, Y.-U.; Seo, D.-H.; Kwon, H.-S.; Kim, B.; Kim, J.; Kim, H.; Kim, I.; Yoo, H.-I.; Kang, K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13870-13878.
20. Kim, Y.; Park, Y.; Choi, A.; Choi, N.-S.; Kim, J.; Lee, J.; Ryu, J. H.; Oh, S. M.; Lee, K. T. Adv. Mater. 2013, 25, 3045-3049.
21. He, M.; Kravchyk, K. V.; Walter, M.; Kovalenko, M. V. Nano Lett. 2014, 14, 1255-1262.
22. Yamada, Y.; Doi, T.; Tanaka, I.; Okada, S.; Yamaki, J.-i. J. Power Sources 2011, 196, 4837-4841.
23. Ong, S. P.; Chevrier, V. L.; Hautier, G.; Jain, A.; Moore, C.; Kim, S.; Ma, X.; Ceder, G. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3680-3688.
24. (a) Bruce, P. G.; Scrosati, B.; Tarascon, J.-M. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 2930-2946.
25. (b) Wagemaker, M.; Mulder, F. M. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1206-1215.
26. Wang, F.; Robert, R.; Chernova, N. A.; Pereira, N.; Omenya, F.; Badway, F.; Hua, X.; Ruotolo, M.; Zhang, R.; Wu, L.; Volkov, V.; Su, D.; Key, B.; Whittingham, M. S.; Grey, C. P.; Amatucci, G. G.; Zhu, Y.; Graetz, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18828-18836.
27. (a) Liu, X. H.; Zhong, L.; Huang, S.; Mao, S. X.; Zhu, T.; Huang, J. Y. ACS Nano 2012, 6, 1522-1531.
28. (b) Aifantis, K. E.; Haycock, M.; Sanders, P.; Hackney, S. A. Mater. Sci. Eng., A 2011, 529, 55-61.
29. (a) Wang, H.; Cui, L.-F.; Yang, Y.; Casalongue, H. S.; Robinson, J. T.; Liang, Y.; Cui, Y.; Dai, H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13978-13980.
30. (b) Xu, X.; Cao, R.; Jeong, S.; Cho, J. Nano Lett. 2012, 12, 4988-4991.
31. (c) Xu, Y.; Liu, Q.; Zhu, Y.; Liu, Y.; Langrock, A.; Zachariah, M. R.; Wang, C. Nano Lett. 2013, 13, 470-474.
32. (d) Klavetter, K. C.; Wood, S. M.; Lin, Y.-M.; Snider, J. L.; Davy, N. C.; Chockla, A. M.; Romanovicz, D. K.; Korgel, B. A.; Lee, J.-W.; Heller, A.; Mullins, C. B. J. Power Sources 2013, 238, 123-136.
33. Maier, J. Chem. Mater. 2014, 26, 348-360.
34. (a) Li, N.; Song, H.; Cui, H.; Yanga, G.; Wang, C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2526-2537.
35. (b) Yuan, F.-W.; Tuan, H.-Y. Chem. Mater. 2014, 26, 2172-2179.
36. (c) Yu, W.-J.; Hou, P.-X.; Li, F.; Liu, C. J. Mater. Chem. 2012, 22, 13756-13763.
37. (a) Maier, J. J. Power Sources 2007, 174, 569-574.
38. (b) Jamnik, J.; Maier, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 5215-5220.
39. (a) Okubo, M.; Mizuno, Y.; Yamada, H.; Kim, J.; Hosono, E.; Zhou, H.; Kudo, T.; Honma, I. ACS Nano 2010, 4, 741-752.
40. (b) Ganapathy, S.; Wagemaker, M. ACS Nano 2012, 6, 8702-8712.
41. Murray, C. B.; Norris, D. J.; Bawendi, M. G. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8706-8715.
42. (a) Talapin, D. V.; Lee, J.-S.; Kovalenko, M. V.; Shevchenko, E. V. Chem. Rev. 2010, 110, 389-458.
43. (b) Murray, C. B.; Kagan, C. R.; Bawendi, M. G. Annu. Rev. Mater. Sci. 2000, 30, 545-610.
44. (c) Park, J.; Joo, J.; Kwon, S. G.; Jang, Y.; Hyeon, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4630-4660.
45. (d) Park, J.; An, K. J.; Hwang, Y. S.; Park, J. G.; Noh, H. J.; Kim, J. Y.; Park, J. H.; Hwang, N. M.; Hyeon, T. Nat. Mater. 2004, 3, 891-895.
46. Kramer, I. J.; Sargent, E. H. Chem. Rev. 2013, 114, 863-882.
47. (a) Wiaderek, K. M.; Borkiewicz, O. J.; Pereira, N.; Ilavsky, J.; Amatucci, G. G.; Chupas, P. J.; Chapman, K. W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6211-6214.
48. (b) Wiaderek, K. M.; Borkiewicz, O. J.; Castillo-Martinez, E.; Robert, R.; Pereira, N.; Amatucci, G. G.; Grey, C. P.; Chupas, P. J.; Chapman, K. W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4070-4078.
49. (a) Rosen, E. L.; Buonsanti, R.; Llordes, A.; Sawvel, A. M.; Milliron, D. J.; Helms, B. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 51, 684-689.
50. (b) Buonsanti R.; Pick T. E.; Krins N.; Richardson T. J.; Helms B. A.; Milliron D. J. Nano Lett. 2012, 12, 3872-3877.
51. (c) Kovalenko, M. V.; Bodnarchuk, M. I.; Zaumseil, J.; Lee, J.-S.; Talapin, D. V. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10085-10092.
52. (d) Nag, A.; Kovalenko, M. V.; Lee, J.-S.; Liu, W.; Spokoyny, B.; Talapin, D. V. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10612-10620.
53. (e) Talapin, D. V.; Murray, C. B. Science 2005, 310, 86-89.
54. (a) Lee, S. H.; Yu, S.-H.; Lee, J. E.; Jin, A.; Lee, D. J.; Lee, N.; Jo, H.; Shin, K.; Ahn, T.-Y.; Kim, Y.-W.; Choe, H.; Sung, Y.-E.; Hyeon, T.Nano Lett. 2013, 13, 4249-4256.
55. (b) Lee, J. E.; Yu, S.-H.; Lee, D. J.; Lee, D.-C.; Han, S. I.; Sung, Y.-E.; Hyeon, T. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9528-9533.
56. (c) Jang, B.; Park, M.; Chae, O. B.; Park, S.; Kim, Y.; Oh, S. M.; Piao, Y.; Hyeon, T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15010-15015.
57. (a) Zhuang, J. Q.; Wu, H. M.; Yang, Y. A.; Cao, Y. C. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14166-14167.
58. (b) Bai, F.; Wang, D. S.; Huo, Z. Y.; Chen, W.; Liu, L. P.; Liang, X.; Chen, C.; Wang, X.; Peng, Q.; Li, Y. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6650-6653.
59. Martin, C. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 327-328.
60. Dong, A.; Chen, J.; Ye, X.; Kikkawa, J. M.; Murray, C. B. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13296-13299.
61. Wang, T.; Peng, Z.; Wang, Y.; Tang, J.; Zheng, G. Sci. Rep. 2013, 3, 2693.
62. Kravchyk, K.; Protesescu, L.; Bodnarchuk, M. I.; Krumeich, F.; Yarema, M.; Walter, M.; Guntlin, C.; Kovalenko, M. V. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4199-4202.
63. Liu, N.; Lu, Z.; Zhao, J.; McDowell, M. T.; Lee, H.-W.; Zhao, W.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 187-192.
64. Courtney, I. A.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 2045-2052.
65. Xu, L.; Kim, C.; Shukla, A. K.; Dong, A.; Mattox, T. M.; Milliron, D. J.; Cabana, J. Nano Lett. 2013, 13, 1800-1805.
66. Baggetto, L.; Notten, P. H. L. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A169-A175.
67. Fuller, C. S.; Severiens, J. C. Phys. Rev. 1954, 96, 21-24.
68. Bodnarchuk, M. I.; Kravchyk, K. V.; Krumeich, F.; Wang, S.; Kovalenko, M. V. ACS Nano 2014, 8, 2360-2368.
69. Park, C.-M.; Kim, J.-H.; Kim, H.; Sohn, H.-J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3115-3141.
70. (a) Hewitt, K. C.; Beaulieu, L. Y.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A402-A410.
71. (b) Wang, J.; Raistrick, I. D.; Huggins, R. A. J. Electrochem. Soc. 1986, 133, 457-460.
72. Darwiche, A.; Marino, C.; Sougrati, M. T.; Fraisse, B.; Stievano, L.; Monconduit, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20805-20811.
73. Heß, M.; Novák, P. Electrochim. Acta 2013, 106, 149-158.
74. Nakahara, K.; Nakajima, R.; Matsushima, T.; Majima, H. J. Power Sources 2003, 117, 131-136.
75. Murugesan, S.; Harris, J. T.; Korgel, B. A.; Stevenson, K. J. Chem. Mater. 2012, 24, 1306-1315.
76. Song, T.; Hu, L.; Paik, U. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 720-731.
77. Bogart, T. D.; Oka, D.; Lu, X.; Gu, M.; Wang, C.; Korgel, B. A. ACS Nano 2014, 8, 915-922.
78. Hanrath, T.; Korgel, B. A. Adv. Mater. 2003, 15, 437-440.
79. (a) Koo, B.; Xiong, H.; Slater, M. D.; Prakapenka, V. B.; Balasubramanian, M.; Podsiadlo, P.; Johnson, C. S.; Rajh, T.; Shevchenko, E. V. Nano Lett. 2012, 12, 2429-2435.
80. (b) Koo, B.; Chattopadhyay, S.; Shibata, T.; Prakapenka, V. B.; Johnson, C. S.; Rajh, T.; Shevchenko, E. V. Chem. Mater. 2013, 25, 245-252.
81. (c) Oh, M. H.; Yu, T.; Yu, S.-H.; Lim, B.; Ko, K.-T.; Willinger, M.-G.; Seo, D.-H.; Kim, B. H.; Cho, M. G.; Park, J.-H.; Kang, K.; Sung, Y.-E.; Pinna, N.; Hyeon, T. Science 2013, 340, 964-968.
82. (d) Wang, Z.; Lou, X. W. Adv. Mater. 2012, 24, 4124-4129.
83. (e) Jia, X.; Chen, Z.; Cui, X.; Peng, Y.; Wang, X.; Wang, G.; Wei, F.; Lu, Y. ACS Nano 2012, 6, 9911-9919.
84. (f) Wang, D.-S.; Xie, T.; Peng, Q.; Zhang, S.-Y.; Chen, J.; Li, Y.-D. Chem. Eur. J. 2008, 14, 2507-2513.
85. (g) Ha, D.-H.; Islam, M. A.; Robinson, R. D. Nano Lett. 2012, 12, 5122-5130.
86. (h) Liu, J.; Zhou, Y.; Liu, F.; Liu, C.; Wang, J.; Pan, Y.; Xue, D. RSC Adv. 2012, 2, 2262-2265.
87. (i) Choi, C. S.; Park, Y.-U.; Kim, H.; Kim, N. R.; Kang, K.; Lee, H. M. Electrochim. Acta 2012, 70, 98-104.
88. (j) Bresser, D.; Paillard, E.; Binetti, E.; Krueger, S.; Striccoli, M.; Winter, M.; Passerini, S. J. Power Sources 2012, 206, 301-309.
89. (k) Ming, J.; Park, J.-B.; Sun, Y.-K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2133-2136.
90. (l) Li, W.; Wang, F.; Feng, S.; Wang, J.; Sun, Z.; Li, B.; Li, Y.; Yang, J.; Elzatahry, A. A.; Xia, Y.; Zhao, D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18300-18303.
91. (m) Jin, Y.-H.; Seo, S.-D.; Shim, H.-W.; Park, K.-S.; Kim, D.-W. Nanotechnology 2012, 23, 125402.
92. (n) Cheng, F.; Huang, K.; Liu, S.; Liu, J.; Deng, R. Electrochim. Acta 2011, 56, 5593-5598.
93. (a) Kwon, N. H.; Fromm, K. M. Electrochim. Acta 2012, 69, 38-44.
94. (b) Rangappa, D.; Sone, K.; Zhou, Y.; Kudo, T.; Honma, I. J. Mater. Chem. 2011, 21, 15813-15818.
95. (c) Doi, T.; Yatomi, S.; Kida, T.; Okada, S.; Yamaki, J.-i. Cryst. Growth Des. 2009, 9, 4990-4992.
96. Tarascon, J.-M. Philos. Trans. R. Soc. A 2010, 368, 3227-3241.
97. Supran, G. J.; Shirasaki, Y.; Song, K. W.; Caruge, J.-M.; Kazlas, P. T.; Coe-Sullivan, S.; Andrew, T. L.; Bawendi, M. G.; Bulovic, V. MRS Bull. 2013, 38, 703-711.
98. Myung, S.-T.; Noh, H.-J.; Yoon, S.-J.; Lee, E.-J.; Sun, Y.-K. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 671-679.
99. Thackeray, M. M.; Kang, S.-H.; Johnson, C. S.; Vaughey, J. T.; Benedeka, R.; Hackney, S. A. J. Mater. Chem. 2007, 17, 3112-3125.