Volume expansion restriction effects of thick TiO2/C hybrid coatings on micro-sized SiOx anode materials

阳极 材料科学 复合材料 体积热力学 体积膨胀 锂(药物) 电化学 工作(物理) 纳米技术 机械工程 化学 电极 物理化学 内科学 物理 医学 量子力学 工程类 内分泌学
作者
Fei Dou,Yuehua Weng,Guorong Chen,Liyi Shi,Hongjiang Liu,Dengsong Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:387: 124106-124106 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.124106
摘要

In this work, novel SiOx anode materials with low volume expansion and high ionic/electrical conductivity are designed by combining internal buffer space and external super thick TiO2/C hybrid shell of 200–400 nm. An electrochemical reaction visualizing confocal system is originally developed for characterizing electrode thickness changes, and the real-time quantitative change of electrode thickness during charging and discharging is realized. Surprisingly, the maximum thickness expansion of designed anodes with the specific capacity of 1006.2 mA h g−1 is only 37% in the first lithiation process. Subsequently, the designed anodes present stable cycle life of the capacity attenuation of 7.83% after 100 cycles compared with the capacity of 5th cycle. It demonstrates that the designed thick TiO2/C hybrid coatings effectively swing the expansion stress of micro-sized SiOx to internal space. This work proves that the huge volume expansion of micro-sized SiOx particles can be controlled by reasonable design of surface hybrid coatings and bulk structure, and the long lifespan can be maintained. This strategy paves a way for the development of micro-sized SiOx anode materials with long cycle life and good process ability for high energy density lithium-ion batteries.
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