Coupling in Situ TEM and Ex Situ Analysis to Understand Heterogeneous Sodiation of Antimony

Nano Letters

Volumn 15, Issue 10, 2015, Pages 6339-6347

  Li, Zhi ^a   Tan, Xuehai ^a   Li, Peng ^a   Kalisvaart, Peter ^a   Janish, Matthew T ^b   Mook, William M ^c   Luber, Erik J ^a   Jungjohann, Katherine L ^c   Carter, C Barry ^b   Mitlin, David ^d  

^a UNIVERSITY OF ALBERTA   (Canada)

^b UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

^c SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

^d CLARKSON UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

antimony; in situ TEM; lithium ion battery; operando; sodium ion battery

Indexed keywords

ANTIMONY; CHARGE TRANSFER; DEPTH PROFILING; ELECTRIC CURRENT COLLECTORS; ELECTROLYTES; GERMANIUM; IONS; LITHIUM ALLOYS; LITHIUM-ION BATTERIES; MASS SPECTROMETRY; METAL IONS; SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY; SOLID ELECTROLYTES; STRESS RELAXATION; STRESS RELIEF; SURFACE SEGREGATION; THIN FILMS; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY;

CHARGE TRANSFER RESISTANCE; CHARGING/DISCHARGING; COMPOSITIONAL CHANGES; ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE; IN-SITU TEM; OPERANDO; SODIUM ION BATTERIES; SOLID ELECTROLYTE INTERPHASE;

INTERFACES (MATERIALS);

EID: 84944348379     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03373     Document Type: Article

References (72)

1. Liu, J. Adv. Funct. Mater. 2013, 23 (8) 924-928 10.1002/adfm.201203058
2. Goodenough, J. B.; Park, K.-S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (4) 1167-1176 10.1021/ja3091438
3. Yao, Y.; Liu, N.; McDowell, M. T.; Pasta, M.; Cui, Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (7) 7927-7930 10.1039/c2ee21437g
4. Hong, S. Y.; Kim, Y.; Park, Y.; Choi, A.; Choi, N.-S.; Lee, K. T. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (7) 2067-2081 10.1039/c3ee40811f
5. Zhou, T.; Pang, W. K.; Zhang, C.; Yang, J.; Chen, Z.; Liu, H. K.; Guo, Z. ACS Nano 2014, 8 (8) 8323-8333 10.1021/nn503582c
6. Saubanere, M.; Ben Yahia, M.; Lebegue, S.; Doublet, M. L. Nat. Commun. 2014, 5, 5559 10.1038/ncomms6559
7. Oh, S.-M.; Myung, S.-T.; Yoon, C. S.; Lu, J.; Hassoun, J.; Scrosati, B.; Amine, K.; Sun, Y.-K. Nano Lett. 2014, 14 (3) 1620-1626 10.1021/nl500077v
8. Yu, X.; Pan, H.; Wan, W.; Ma, C.; Bai, J.; Meng, Q.; Ehrlich, S. N.; Hu, Y.-S.; Yang, X.-Q. Nano Lett. 2013, 13 (10) 4721-4727 10.1021/nl402263g
9. Lacey, S. D.; Wan, J.; Cresce, A.; Russell, S. M.; Dai, J.; Bao, W.; Xu, K.; Hu, L. Nano Lett. 2015, 15 (2) 1018-24 10.1021/nl503871s
10. Wessells, C. D.; Peddada, S. V.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11 (12) 5421-5425 10.1021/nl203193q
11. Lee, H.-W.; Wang, R. Y.; Pasta, M.; Lee, S. W.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 5280 10.1038/ncomms6280
12. Barpanda, P.; Oyama, G.; Nishimura, S.-i.; Chung, S.-C.; Yamada, A. Nat. Commun. 2014, 5, 4358 10.1038/ncomms5358
13. Ge, P.; Fouletier, M. Solid State Ionics 1988, 28-30 (Part 2, (0)) 1172-1175 10.1016/0167-2738(88)90351-7
14. Wen, Y.; He, K.; Zhu, Y.; Han, F.; Xu, Y.; Matsuda, I.; Ishii, Y.; Cumings, J.; Wang, C. Nat. Commun. 2014, 5, 4033 10.1038/ncomms5033
15. Ding, J.; Wang, H.; Li, Z.; Kohandehghan, A.; Cui, K.; Xu, Z.; Zahiri, B.; Tan, X.; Lotfabad, E. M.; Olsen, B. C.; Mitlin, D. ACS Nano 2013, 7 (12) 11004-15 10.1021/nn404640c
16. Komaba, S.; Murata, W.; Ishikawa, T.; Yabuuchi, N.; Ozeki, T.; Nakayama, T.; Ogata, A.; Gotoh, K.; Fujiwara, K. Adv. Funct. Mater. 2011, 21 (20) 3859-3867 10.1002/adfm.201100854
17. Kohandehghan, A.; Cui, K.; Kupsta, M.; Ding, J.; Memarzadeh Lotfabad, E.; Kalisvaart, W. P.; Mitlin, D. Nano Lett. 2014, 14 (10) 5873-5882 10.1021/nl502812x
18. Abel, P. R.; Lin, Y.-M.; de Souza, T.; Chou, C.-Y.; Gupta, A.; Goodenough, J. B.; Hwang, G. S.; Heller, A.; Mullins, C. B. J. Phys. Chem. C 2013, 117 (37) 18885-18890 10.1021/jp407322k
19. Baggetto, L.; Keum, J. K.; Browning, J. F.; Veith, G. M. Electrochem. Commun. 2013, 34 (0) 41-44 10.1016/j.elecom.2013.05.025
20. Li, Z.; Ding, J.; Mitlin, D. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1657 10.1021/acs.accounts.5b00114
21. Li, Z.; Ding, J.; Wang, H.; Cui, K.; Stephenson, T.; Karpuzov, D.; Mitlin, D. Nano Energy 2015, 15 (0) 369-378 10.1016/j.nanoen.2015.04.018
22. Liu, Y.; Xu, Y.; Zhu, Y.; Culver, J. N.; Lundgren, C. A.; Xu, K.; Wang, C. ACS Nano 2013, 7 (4) 3627-3634 10.1021/nn400601y
23. Zhu, H.; Jia, Z.; Chen, Y.; Weadock, N.; Wan, J.; Vaaland, O.; Han, X.; Li, T.; Hu, L. Nano Lett. 2013, 13 (7) 3093-3100 10.1021/nl400998t
24. Wang, J. W.; Liu, X. H.; Mao, S. X.; Huang, J. Y. Nano Lett. 2012, 12 (11) 5897-5902 10.1021/nl303305c
25. Ding, J.; Li, Z.; Wang, H. L.; Cui, K.; Kohandehghan, A.; Tan, X. H.; Karpuzov, D.; Mitlin, D. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (13) 7100-7111 10.1039/C5TA00399G
26. Farbod, B.; Cui, K.; Kalisvaart, W. P.; Kupsta, M.; Zahiri, B.; Kohandehghan, A.; Lotfabad, E. M.; Li, Z.; Luber, E. J.; Mitlin, D. ACS Nano 2014, 8 (5) 4415-29 10.1021/nn4063598
27. He, M.; Kravchyk, K.; Walter, M.; Kovalenko, M. V. Nano Lett. 2014, 14 (3) 1255-1262 10.1021/nl404165c
28. Baggetto, L.; Ganesh, P.; Sun, C.-N.; Meisner, R. A.; Zawodzinski, T. A.; Veith, G. M. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (27) 7985-7994 10.1039/c3ta11568b
29. Bodenes, L.; Darwiche, A.; Monconduit, L.; Martinez, H. J. Power Sources 2015, 273, 14-24 10.1016/j.jpowsour.2014.09.037
30. Qian, J. F.; Chen, Y.; Wu, L.; Cao, Y. L.; Ai, X. P.; Yang, H. X. Chem. Commun. 2012, 48 (56) 7070-7072 10.1039/c2cc32730a
31. Ko, Y. N.; Kang, Y. C. Chem. Commun. 2014, 50 (82) 12322-12324 10.1039/C4CC05275G
32. Zhou, X.; Zhong, Y.; Yang, M.; Hu, M.; Wei, J.; Zhou, Z. Chem. Commun. 2014, 50 (85) 12888-12891 10.1039/C4CC05989A
33. Zhang, Y.; Xie, J.; Zhu, T.; Cao, G.; Zhao, X.; Zhang, S. J. Power Sources 2014, 247 (0) 204-212 10.1016/j.jpowsour.2013.08.096
34. Hou, H.; Jing, M.; Yang, Y.; Zhu, Y.; Fang, L.; Song, W.; Pan, C.; Yang, X.; Ji, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6 (18) 16189-16196 10.1021/am504310k
35. Zhu, Y.; Han, X.; Xu, Y.; Liu, Y.; Zheng, S.; Xu, K.; Hu, L.; Wang, C. ACS Nano 2013, 7 (7) 6378-6386 10.1021/nn4025674
36. Yu, D. Y. W.; Prikhodchenko, P. V.; Mason, C. W.; Batabyal, S. K.; Gun, J.; Sladkevich, S.; Medvedev, A. G.; Lev, O. Nat. Commun. 2013, 4, 2922 10.1038/ncomms3922
37. Darwiche, A.; Marino, C.; Sougrati, M. T.; Fraisse, B.; Stievano, L.; Monconduit, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (51) 20805-20811 10.1021/ja310347x
38. Yu, D. Y. W.; Hoster, H. E.; Batabyal, S. K. Sci. Rep. 2014, 4, 4562 10.1038/srep04562
39. Baggetto, L.; Allcorn, E.; Manthiram, A.; Veith, G. M. Electrochem. Commun. 2013, 27 (0) 168-171 10.1016/j.elecom.2012.11.030
40. Baggetto, L.; Marszewski, M.; Górka, J.; Jaroniec, M.; Veith, G. M. J. Power Sources 2013, 243 (0) 699-705 10.1016/j.jpowsour.2013.06.074
41. Baggetto, L.; Hah, H.-Y.; Johnson, C. E.; Bridges, C. A.; Johnson, J. A.; Veith, G. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16 (20) 9538-9545 10.1039/c4cp00738g
42. Nam, D.-H.; Hong, K.-S.; Lim, S.-J.; Kwon, H.-S. J. Power Sources 2014, 247 (0) 423-427 10.1016/j.jpowsour.2013.08.095
43. Baggetto, L.; Carroll, K. J.; Hah, H.-Y.; Johnson, C. E.; Mullins, D. R.; Unocic, R. R.; Johnson, J. A.; Meng, Y. S.; Veith, G. M. J. Phys. Chem. C 2014, 118 (15) 7856-7864 10.1021/jp501032d
44. Baggetto, L.; Allcorn, E.; Unocic, R. R.; Manthiram, A.; Veith, G. M. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (37) 11163-11169 10.1039/c3ta12040f
45. Darwiche, A.; Sougrati, M. T.; Fraisse, B.; Stievano, L.; Monconduit, L. Electrochem. Commun. 2013, 32, 18-21 10.1016/j.elecom.2013.03.029
46. Darwiche, A.; Toiron, M.; Sougrati, M. T.; Fraisse, B.; Stievano, L.; Monconduit, L. J. Power Sources 2015, 280, 588-592 10.1016/j.jpowsour.2015.01.138
47. Wang, L.; Liu, D.; Yang, S.; Tian, X.; Zhang, G.; Wang, W.; Wang, E.; Xu, Z.; Bai, X. ACS Nano 2014, 8 (8) 8249-8254 10.1021/nn502621k
48. Abellan, P.; Mehdi, B. L.; Parent, L. R.; Gu, M.; Park, C.; Xu, W.; Zhang, Y.; Arslan, I.; Zhang, J.-G.; Wang, C.-M.; Evans, J. E.; Browning, N. D. Nano Lett. 2014, 14 (3) 1293-1299 10.1021/nl404271k
49. Zeng, Z.; Liang, W.-I.; Liao, H.-G.; Xin, H. L.; Chu, Y.-H.; Zheng, H. Nano Lett. 2014, 14 (4) 1745-1750 10.1021/nl403922u
50. Bogart, T. D.; Oka, D.; Lu, X.; Gu, M.; Wang, C.; Korgel, B. A. ACS Nano 2013, 8 (1) 915-922 10.1021/nn405710w
51. Gu, M.; Kushima, A.; Shao, Y.; Zhang, J.-G.; Liu, J.; Browning, N. D.; Li, J.; Wang, C. Nano Lett. 2013, 13 (11) 5203-5211 10.1021/nl402633n
52. 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
53. Nie, A.; Gan, L.-Y.; Cheng, Y.; Asayesh-Ardakani, H.; Li, Q.; Dong, C.; Tao, R.; Mashayek, F.; Wang, H.-T.; Schwingenschlögl, U.; Klie, R. F.; Yassar, R. S. ACS Nano 2013, 7 (7) 6203-6211 10.1021/nn402125e
54. Wang, X.; Weng, Q.; Liu, X.; Wang, X.; Tang, D.-M.; Tian, W.; Zhang, C.; Yi, W.; Liu, D.; Bando, Y.; Golberg, D. Nano Lett. 2014, 14 (3) 1164-1171 10.1021/nl4038592
55. Liu, Y.; Fan, F.; Wang, J.; Liu, Y.; Chen, H.; Jungjohann, K. L.; Xu, Y.; Zhu, Y.; Bigio, D.; Zhu, T.; Wang, C. Nano Lett. 2014, 14 (6) 3445-3452 10.1021/nl500970a
56. Niu, J.; Kushima, A.; Qian, X.; Qi, L.; Xiang, K.; Chiang, Y.-M.; Li, J. Nano Lett. 2014, 14 (7) 4005-4010 10.1021/nl501415b
57. Gu, M.; Li, Y.; Li, X.; Hu, S.; Zhang, X.; Xu, W.; Thevuthasan, S.; Baer, D. R.; Zhang, J.-G.; Liu, J.; Wang, C. ACS Nano 2012, 6 (9) 8439-8447 10.1021/nn303312m
58. Yuk, J. M.; Seo, H. K.; Choi, J. W.; Lee, J. Y. ACS Nano 2014, 8 (7) 7478-7485 10.1021/nn502779n
59. Liu, X. H.; Zheng, H.; Zhong, L.; Huang, S.; Karki, K.; Zhang, L. Q.; Liu, Y.; Kushima, A.; Liang, W. T.; Wang, J. W.; Cho, J.-H.; Epstein, E.; Dayeh, S. A.; Picraux, S. T.; Zhu, T.; Li, J.; Sullivan, J. P.; Cumings, J.; Wang, C.; Mao, S. X.; Ye, Z. Z.; Zhang, S.; Huang, J. Y. Nano Lett. 2011, 11 (8) 3312-3318 10.1021/nl201684d
60. Memarzadeh, E. L.; Kalisvaart, W. P.; Kohandehghan, A.; Zahiri, B.; Holt, C. M. B.; Mitlin, D. J. Mater. Chem. 2012, 22 (14) 6655-6668 10.1039/c2jm16167b
61. Baggetto, L.; Hah, H.-Y.; Jumas, J.-C.; Johnson, C. E.; Johnson, J. A.; Keum, J. K.; Bridges, C. A.; Veith, G. M. J. Power Sources 2014, 267 (0) 329-336 10.1016/j.jpowsour.2014.05.083
62. Mitlin, D.; Misra, A.; Radmilovic, V.; Nastasi, M.; Hoagland, R.; Embury, D. J.; Hirth, J. P.; Mitchell, T. E. Philos. Mag. 2004, 84 (7) 719-736 10.1080/14786430310001616072
63. Mitlin, D.; Misra, A.; Mitchell, T. E.; Hirth, J. P.; Hoagland, R. G. Philos. Mag. 2005, 85 (28) 3379-3392 10.1080/14786430500145271
64. Ohring, M. Film structure. In Materials Science of Thin Films, 2 nd ed.; Ohring, M., Ed.; Academic Press: San Diego, 2002; Chapter 9, pp 495-558.
65. Kornev, K. G.; Srolovitz, D. J. Appl. Phys. Lett. 2004, 85 (13) 2487-2489 10.1063/1.1795352
66. Greene, J. E. Thin Film Nucleation, Growth, and Microstructural Evolution: An Atomic Scale View. In Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings; 3 rd ed.; Martin, P. M., Ed.; William Andrew Publishing: Boston, 2010; Chapter 12, pp 554-620.
67. Al-Maghrabi, M. A.; Thorne, J. S.; Sanderson, R. J.; Byers, J. N.; Dahn, J. R.; Dunlap, R. A. J. Electrochem. Soc. 2012, 159 (6) A711-A719 10.1149/2.075206jes
68. Todd, A. D. W.; Ferguson, P. P.; Fleischauer, M. D.; Dahn, J. R. Int. J. Energy Res. 2010, 34 (6) 535-555 10.1002/er.1669
69. Stournara, M. E.; Xiao, X.; Qi, Y.; Johari, P.; Lu, P.; Sheldon, B. W.; Gao, H.; Shenoy, V. B. Nano Lett. 2013, 13 (10) 4759-4768 10.1021/nl402353k
70. Sheldon, B. W.; Soni, S. K.; Xiao, X.; Qi, Y. Electrochem. Solid-State Lett. 2012, 15 (1) A9-A11 10.1149/2.016201esl
71. Li, X.; Gu, M.; Hu, S.; Kennard, R.; Yan, P.; Chen, X.; Wang, C.; Sailor, M. J.; Zhang, J.-G.; Liu, J. Nat. Commun. 2014, 5, 4105 10.1038/ncomms5105
72. Mortazavi, M.; Deng, J.; Shenoy, V. B.; Medhekar, N. V. J. Power Sources 2013, 225 (0) 207-214 10.1016/j.jpowsour.2012.10.044