Challenges in Accommodating Volume Change of Si Anodes for Li-Ion Batteries

ChemElectroChem

Volumn 2, Issue 11, 2015, Pages 1645-1651

  Ko, Minseong ^a   Chae, Sujong ^a   Cho, Jaephil ^a  

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

Author keywords

Elastic electrodes; Electrode engineering; Si nanostructures; Silicon anodes; Volume change accommodation

Indexed keywords

ANODES; ELECTRIC BATTERIES; ELECTRODES; FILMS; LITHIUM; SILICON; SILICON BATTERIES; SOLID ELECTROLYTES;

BATTERY PERFORMANCE; GRAPHENE COMPOSITES; MORPHOLOGIC CHANGES; PATTERNED THIN FILMS; SI NANOSTRUCTURES; SILICON ANODE; SOLID ELECTROLYTE INTERPHASE; VOLUME CHANGE;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84947030271     PISSN: None     EISSN: 21960216     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/celc.201500254     Document Type: Article

References (60)

1. T. H. Kim, J. S. Park, S. K. Chang, S. Choi, J. H. Ryu, H. K. Song, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 860;
2. N. S. Choi, Z. H. Chen, S. A. Freunberger, X. L. Ji, Y. K. Sun, K. Amine, G. Yushin, L. F. Nazar, J. Cho, P. G. Bruce, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9994; Angew. Chem. 2012, 124, 10134;
3. V. Etacheri, R. Marom, R. Elazari, G. Salitra, D. Aurbach, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3243.
4. Electrochemical Energy Storage Technical Team Roadmap, U.S. Drive 2013.
5. Secondary Battery Technology Development Roadmap, NEDO, 2013.
6. M. N. Obrovac, V. L. Chevrier, Chem. Rev. 2014, 114, 11444-11502.
7. N. Nitta, G. Yushin, Part. Part. Syst. Charact. 2014, 31, 317.
8. M. N. Obrovac, L. Christensen, Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7, A93;
9. M. N. Obrovac, L. J. Krause, J. Electrochem. Soc. 2007, 154, A103.
10. H. J. Jung, M. Park, Y. G. Yoon, G. B. Kim, S. K. Joo, J. Power Sources 2003, 115, 346.
11. S. Y. Reece, J. A. Hamel, K. Sung, T. D. Jarvi, A. J. Esswein, J. J. H. Pijpers, D. G. Nocera, Science 2011, 334, 645.
12. L. Ghadbeigi, J. K. Harada, B. R. Lettiere, T. D. Sparks, Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1640.
13. E. Pollak, G. Salitra, V. Baranchugov, D. Aurbach, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 11437.
14. M. Pharr, K. Zhao, X. Wang, Z. Suo, J. J. Vlassak, Nano Lett. 2012, 12, 5039;
15. Z. Cui, F. Gao, J. Qu, J. Mech. Phys. Solids 2012, 60, 1280;
16. Y. F. Gao, M. Zhou, J. Appl. Phys. 2011, 109, 014310.
17. M. T. McDowell, S. W. Lee, W. D. Nix, Y. Cui, Adv. Mater. 2013, 25, 4966;
18. M. T. McDowell, S. W. Lee, J. T. Harris, B. A. Korgel, C. M. Wang, W. D. Nix, Y. Cui, Nano Lett. 2013, 13, 758.
19. H. Zhao, W. Yuan, G. Liu, Nano Today 2015, 10, 193-212.
20. U. Kasavajjula, C. S. Wang, A. J. Appleby, J. Power Sources 2007, 163, 1003;
21. R. Teki, M. K. Datta, R. Krishnan, T. C. Parker, T. M. Lu, P. N. Kumta, N. Koratkar, Small 2009, 5, 2236;
22. J. R. Szczech, S. Jin, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 56;
23. H. Wu, Y. Cui, Nano Today 2012, 7, 414;
24. X. Su, Q. L. Wu, J. C. Li, X. C. Xiao, A. Lott, W. Q. Lu, B. W. Sheldon, J. Wu, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300882.
25. K. T. Lee, J. Cho, Nano Today 2011, 6, 28;
26. P. G. Bruce, B. Scrosati, J. M. Tarascon, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2930; Angew. Chem. 2008, 120, 2972;
27. N. Mahmood, Y. Hou, Adv. Sci. 2014, 1, 140012.
28. X. H. Liu, L. Zhong, S. Huang, S. X. Mao, T. Zhu, J. Y. Huang, ACS Nano 2012, 6, 1522.
29. H. Kim, M. Seo, M. H. Park, J. Cho, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2146; Angew. Chem. 2010, 122, 2192.
30. A. S. Aricò, P. Bruce, B. Scrosati, J.-M. Tarascon, W. vanSchalkwijk, Nat. Mater. 2005, 4, 366.
31. T. D. Hatchard, J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A838;
32. T. L. Kulova, A. M. Skundin, Y. V. Pleskov, O. I. Kon'Kov, E. I. Terukov, I. N. Trapeznikova, Chem. Biochem. Eng. Q. 2007, 21, 83-92;
33. T. L. Kulova, A. M. Skundin, Y. V. Pleskov, E. I. Terukov, O. I. Kon'kov, J. Electroanal. Chem. 2007, 600, 217;
34. B. Peng, F. Y. Cheng, Z. L. Tao, J. Chen, J. Chem. Phys. 2010, 133, 034701;
35. V. A. Sethuraman, M. J. Chon, M. Shimshak, V. Srinivasan, P. R. Guduru, J. Power Sources 2010, 195, 5062;
36. S. K. Soni, B. W. Sheldon, X. Xiao, M. W. Verbrugge, D. Ahn, H. Haftbaradaran, H. Gao, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A38.
37. X. Xiao, P. Liu, M. W. Verbrugge, H. Haftbaradaran, H. Gao, J. Power Sources 2011, 196, 1409.
38. L. Baggetto, D. Danilov, P. H. Notten, Adv. Mater. 2011, 23, 1563.
39. Y. He, X. Yu, Y. Wang, H. Li, X. Huang, Adv. Mater. 2011, 23, 4938.
40. M. S. Park, G. X. Wang, H. K. Liu, S. X. Dou, Electrochim. Acta 2006, 51, 5246.
41. S. W. Kim, J. H. Yun, B. Son, Y. G. Lee, K. M. Kim, Y. M. Lee, K. Y. Cho, Adv. Mater. 2014, 26, 2977.
42. J. Cho, J. Mater. Chem. 2010, 20, 4009;
43. M. Ge, X. Fang, J. Rong, C. Zhou, Nanotechnology 2013, 24, 422001;
44. A. Vu, Y. Q. Qian, A. Stein, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 1056.
45. X. L. Li, M. Gu, S. Y. Hu, R. Kennard, P. F. Yan, X. L. Chen, C. M. Wang, M. J. Sailor, J. G. Zhang, J. Liu, Nat. Commun. 2014, 5, 4105.
46. M. Y. Ge, J. P. Rong, X. Fang, C. W. Zhou, Nano Lett. 2012, 12, 2318.
47. B. M. Bang, H. Kim, H. K. Song, J. Cho, S. Park, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 5013;
48. B. M. Bang, J. I. Lee, H. Kim, J. Cho, S. Park, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 878.
49. M. Y. Ge, Y. H. Lu, P. Ercius, J. P. Rong, X. Fang, M. Mecklenburg, C. W. Zhou, Nano Lett. 2014, 14, 261.
50. Z. L. Zhang, Y. H. Wang, W. F. Ren, Q. Q. Tan, Y. F. Chen, H. Li, Z. Y. Zhong, F. B. Su, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5165-5169; Angew. Chem. 2014, 126, 5265-5269.
51. B. Hertzberg, A. Alexeev, G. Yushin, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8548.
52. H. Wu, G. Chan, J. W. Choi, I. Ryu, Y. Yao, M. T. McDowell, S. W. Lee, A. Jackson, Y. Yang, L. B. Hu, Y. Cui, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 309-314.
53. N. Liu, H. Wu, M. T. McDowell, Y. Yao, C. M. Wang, Y. Cui, Nano Lett. 2012, 12, 3315.
54. N. Liu, Z. D. Lu, J. Zhao, M. T. McDowell, H. W. Lee, W. T. Zhao, Y. Cui, Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 187.
55. Z. Lu, N. Liu, H.-W. Lee, J. Zhao, W. Li, Y. Li, Y. Cui, ACS Nano 2015, 9, 2540.
56. F. Bonaccorso, L. Colombo, G. Yu, M. Stoller, V. Tozzini, A. C. Ferrari, R. S. Ruoff, V. Pellegrini, Science 2015, 347, 1246501;
57. R. Raccichini, A. Varzi, S. Passerini, B. Scrosati, Nat. Mater. 2015, 14, 271.
58. M. Ko, S. Chae, S. Jeong, P. Oh, J. Cho, ACS Nano 2014, 8, 8591.
59. D. Aurbach, B. Markovsky, A. Rodkin, E. Levi, Y. S. Cohen, H. J. Kim, M. Schmidt, Electrochim. Acta 2002, 47, 4291.
60. A. A. Blumberg, S. C. Stavrinou, The Journal of Physical Chemistry 1960, 64, 1438.