Self-consuming expansion stress construct piezoelectric field to accelerate anion for SiO/PbZr0.52Ti0.48O3 with persistent lithium storage performance

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作者
Xiangnan Pei,Hongshun Zhao,Xudong Zhang,Kang Liang,Min Wu,Youming Shen,Xiaobing Huang,Yurong Ren
出处
期刊:Journal of Solid State Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:337: 124795-124795
标识
DOI:10.1016/j.jssc.2024.124795
摘要

The high theoretical specific capacity and suitable working potential of silicon oxides (SiOx) making it one of the most promising candidates for the next generation of lithium-ion battery anode materials. However, the large-scale application of SiOx in lithium-ion battery anodes is hampered by the huge volume change (>200%) during cycling process. This experiment adopts a method which is completely contrary to the traditional modification method——composite with piezoelectric materials to take advantage of this expansion. During the lithiation process, the significant volume expansion stress of SiO is transformed into a driving force by PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT) particles that enhances the transport of Li+. The polarization of PZT particles occurs as a result of the consumption of mechanical stress caused by the expansion of SiO, leading to the generation of a piezoelectric potential. Since then, the volume expansion stress of SiO when deintercalating lithium is converted into a potential difference, which can promote the migration of Li+. This process not only reduces the volume expansion of SiO, but also promotes the mobility of Li+. The SiO/PZT anode shows an admirable cycle performance: The discharge capacity is 825.4 mA h g-1, and the capacity retention ratio is reach up to 92.5% (200 mA g-1, 200 cycles). These findings illuminate the surface coupling approach employed to regulate the behavior of interfacial Li+ kinetics, while simultaneously enhancing the structural stability of alloy-based anodes. This research will undoubtedly capture the attention of researchers engaged in the study of multifunctional interface design for electrochemical systems.

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