Surface Coating Constraint Induced Self-Discharging of Silicon Nanoparticles as Anodes for Lithium Ion Batteries

Nano Letters

Volumn 15, Issue 10, 2015, Pages 7016-7022

  Luo, Langli ^a   Zhao, Peng ^b   Yang, Hui ^b   Liu, Borui ^c   Zhang, Ji Guang ^d   Cui, Yi ^e,f   Yu, Guihua ^c   Zhang, Sulin ^b   Wang, Chong Min ^a  

^a PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b PENNSYLVANIA STATE UNIVERSITY   (United States)

^c The University of Texas at Austin   (United States)

^d PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

^e Stanford University   (United States)

^f SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

Author keywords

mechanical constraint; polymer coating; self discharge; Si anode

Indexed keywords

ANODES; COATINGS; ELECTRIC BATTERIES; ELECTRODES; HIGH RESOLUTION TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; IN SITU PROCESSING; IONS; LITHIUM; LITHIUM ALLOYS; LITHIUM COMPOUNDS; NANOFILTRATION MEMBRANES; NANOPARTICLES; PLASTIC COATINGS; POLYPYRROLES; SILICON; SILICON BATTERIES; SURFACE CHEMISTRY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY;

IN-SITU TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPIES; LITHIATION/DELITHIATION; MECHANICAL CONSTRAINTS; MECHANICAL DEGRADATION; POLYMER COATING; SELF-DISCHARGES; SI ANODES; SILICON NANOPARTICLES;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84944317292     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03047     Document Type: Article

References (46)

1. Besenhard, J. O.; Yang, J.; Winter, M. J. Power Sources 1997, 68 (1) 87-90 10.1016/S0378-7753(96)02547-5
2. Li, H.; Huang, X.; Chen, L.; Wu, Z.; Liang, Y. Electrochem. Solid-State Lett. 1999, 2 (11) 547-549 10.1149/1.1390899
3. Yoshio, M.; Wang, H.; Fukuda, K.; Umeno, T.; Dimov, N.; Ogumi, Z. J. Electrochem. Soc. 2002, 149 (12) A1598-A1603 10.1149/1.1518988
4. Dimov, N.; Kugino, S.; Yoshio, M. Electrochim. Acta 2003, 48 (11) 1579-1587 10.1016/S0013-4686(03)00030-6
5. Hu, Y. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 1645-1649 10.1002/anie.200704287
6. Lee, J. K.; Smith, K. B.; Hayner, C. M.; Kung, H. H. Chem. Commun. 2010, 46 (12) 2025-2027 10.1039/b919738a
7. Evanoff, K.; Magasinski, A.; Yang, J. B.; Yushin, G. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 495-498 10.1002/aenm.201100071
8. Kim, H. J.; Han, B. H.; Choo, J. B.; Cho, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 10151-10154 10.1002/anie.200804355
9. Ge, M. Y.; Rong, J. P.; Fang, X.; Zhou, C. W. Nano Lett. 2012, 12, 2318-2323 10.1021/nl300206e
10. Gowda, S. R. Nano Lett. 2012, 12, 6060-6065 10.1021/nl302114j
11. Jia, H.; Gao, P.; Yang, J.; Wang, J.; Nuli, Y.; Yang, Z. Adv. Energy Mater. 2011, 1 (6) 1036-1039 10.1002/aenm.201100485
12. Hwang, T. H.; Lee, Y. M.; Kong, B. S.; Seo, J. S.; Choi, J. W. Nano Lett. 2012, 12, 802-807 10.1021/nl203817r
13. Jeong, G.; Kim, J.-G.; Park, M.-S.; Seo, M.; Hwang, S. M.; Kim, Y.-U.; Kim, Y.-J.; Kim, J. H.; Dou, S. X. ACS Nano 2014, 8 (3) 2977-2985 10.1021/nn500278q
14. Li, X.; Meduri, P.; Chen, X.; Qi, W.; Engelhard, M. H.; Xu, W.; Ding, F.; Xiao, J.; Wang, W.; Wang, C.; Zhang, J.-G.; Liu, J. J. Mater. Chem. 2012, 22 (22) 11014-11017 10.1039/c2jm31286g
15. Yao, Y.; McDowell, M. T.; Ryu, I.; Wu, H.; Liu, N.; Hu, L.; Nix, W. D.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11 (7) 2949-2954 10.1021/nl201470j
16. Luo, J.; Zhao, X.; Wu, J.; Jang, H. D.; Kung, H. H.; Huang, J. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3 (13) 1824-1829 10.1021/jz3006892
17. Zhang, H. G.; Braun, P. V. Nano Lett. 2012, 12, 2778-2783 10.1021/nl204551m
18. Chang, J.; Huang, X.; Zhou, G.; Cui, S.; Hallac, P. B.; Jiang, J.; Hurley, P. T.; Chen, J. Adv. Mater. 2014, 26 (5) 758-764 10.1002/adma.201302757
19. Chen, X.; Li, X.; Ding, F.; Xu, W.; Xiao, J.; Cao, Y.; Meduri, P.; Liu, J.; Graff, G. L.; Zhang, J.-G. Nano Lett. 2012, 12 (8) 4124-4130 10.1021/nl301657y
20. Liu, N.; Lu, Z.; Zhao, J.; McDowell, M. T.; Lee, H.-W.; Zhao, W.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (3) 187-192 10.1038/nnano.2014.6
21. Hu, L.; Liu, N.; Eskilsson, M.; Zheng, G.; McDonough, J.; Wågberg, L.; Cui, Y. Nano Energy 2013, 2 (1) 138-145 10.1016/j.nanoen.2012.08.008
22. Hassan, F. M.; Chabot, V.; Elsayed, A. R.; Xiao, X.; Chen, Z. Nano Lett. 2014, 14 (1) 277-283 10.1021/nl403943g
23. Yen, Y.-C.; Chao, S.-C.; Wu, H.-C.; Wu, N.-L. J. Electrochem. Soc. 2009, 156 (2) A95-A102 10.1149/1.3032230
24. Magasinski, A.; Zdyrko, B.; Kovalenko, I.; Hertzberg, B.; Burtovyy, R.; Huebner, C. F.; Fuller, T. F.; Luzinov, I.; Yushin, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2 (11) 3004-3010 10.1021/am100871y
25. Nguyen, H. T.; Zamfir, M. R.; Duong, L. D.; Lee, Y. H.; Bondavalli, P.; Pribat, D. J. Mater. Chem. 2012, 22 (47) 24618-24626 10.1039/c2jm35125k
26. Wu, H.; Yu, G.; Pan, L.; Liu, N.; McDowell, M. T.; Bao, Z.; Cui, Y. Nat. Commun. 2013, 4, 1943 10.1038/ncomms2941
27. Liu, B.; Soares, P.; Checkles, C.; Zhao, Y.; Yu, G. H. Nano Lett. 2013, 13, 3414-3419 10.1021/nl401880v
28. Zhao, Y.; Liu, B. R.; Pan, L. J.; Yu, G. H. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2856-2870 10.1039/c3ee40997j
29. 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.; Qi, L.; Kushima, A.; Li, J. Science 2010, 330 (6010) 1515-1520 10.1126/science.1195628
30. Liu, X. H.; Wang, J. W.; Huang, S.; Fan, F.; Huang, X.; Liu, Y.; Krylyuk, S.; Yoo, J.; Dayeh, S. A.; Davydov, A. V.; Mao, S. X.; Picraux, S. T.; Zhang, S.; Li, J.; Zhu, T.; Huang, J. Y. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11) 749-756 10.1038/nnano.2012.170
31. McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Nix, W. D.; Cui, Y. Adv. Mater. 2013, 25 (36) 4966-4985 10.1002/adma.201301795
32. He, Y.; Piper, D. M.; Gu, M.; Travis, J. J.; George, S. M.; Lee, S.-H.; Genc, A.; Pullan, L.; Liu, J.; Mao, S. X.; Zhang, J.-G.; Ban, C.; Wang, C. ACS Nano 2014, 8, 11816 10.1021/nn505523c
33. Luo, L.; Yang, H.; Yan, P.; Travis, J. J.; Lee, Y.; Liu, N.; Molina Piper, D.; Lee, S.-H.; Zhao, P.; George, S. M.; Zhang, J.-G.; Cui, Y.; Zhang, S.; Ban, C.; Wang, C.-M. ACS Nano 2015, 9, 5559 10.1021/acsnano.5b01681
34. Ghassemi, H.; Au, M.; Chen, N.; Heiden, P. A.; Yassar, R. S. ACS Nano 2011, 5 (10) 7805-7811 10.1021/nn2029814
35. Bogart, T. D.; Lu, X.; Gu, M.; Wang, C.; Korgel, B. A. RSC Adv. 2014, 4 (79) 42022-42028 10.1039/C4RA07418A
36. McDowell, M. T.; Ryu, I.; Lee, S. W.; Wang, C.; Nix, W. D.; Cui, Y. Adv. Mater. 2012, 24 (45) 6034-6041 10.1002/adma.201202744
37. Liu, X. H.; Fan, F.; Yang, H.; Zhang, S.; Huang, J. Y.; Zhu, T. ACS Nano 2012, 7 (2) 1495-1503 10.1021/nn305282d
38. Liu, X. H.; Zhong, L.; Huang, S.; Mao, S. X.; Zhu, T.; Huang, J. Y. ACS Nano 2012, 6 (2) 1522-1531 10.1021/nn204476h
39. Yang, H.; Huang, S.; Huang, X.; Fan, F.; Liang, W.; Liu, X. H.; Chen, L.-Q.; Huang, J. Y.; Li, J.; Zhu, T.; Zhang, S. Nano Lett. 2012, 12 (4) 1953-1958 10.1021/nl204437t
40. Yang, H.; Fan, F.; Liang, W.; Guo, X.; Zhu, T.; Zhang, S. J. Mech. Phys. Solids 2014, 70, 349-361 10.1016/j.jmps.2014.06.004
41. Zhao, K.; Pharr, M.; Wan, Q.; Wang, W. L.; Kaxiras, E.; Vlassak, J. J.; Suo, Z. J. Electrochem. Soc. 2012, 159 (3) A238-A243 10.1149/2.020203jes
42. Grantab, R.; Shenoy, V. B. J. Electrochem. Soc. 2012, 159 (5) A584-A591 10.1149/2.072205jes
43. Yang, H.; Huang, X.; Liang, W.; van Duin, A. C. T.; Raju, M.; Zhang, S. Chem. Phys. Lett. 2013, 563, 58-62 10.1016/j.cplett.2013.01.048
44. Gu, M.; Yang, H.; Perea, D. E.; Zhang, J.-G.; Zhang, S.; Wang, C.-M. Nano Lett. 2014, 14 (8) 4622-4627 10.1021/nl501680w
45. Yang, H.; Liang, W.; Guo, X.; Wang, C.-M.; Zhang, S. Extreme Mech. Lett. 2015, 2, 1-6 10.1016/j.eml.2014.11.008
46. Liang, W.; Yang, H.; Fan, F.; Liu, Y.; Liu, X. H.; Huang, J. Y.; Zhu, T.; Zhang, S. ACS Nano 2013, 7 (4) 3427-3433 10.1021/nn400330h