Resolving the Origins of Superior Cycling Performance of Antimony Anode in Sodium‐ion Batteries: A Comparison with Lithium‐ion Batteries

阳极 锂(药物) 离子 电化学 拉曼光谱 材料科学 化学工程 化学 电极 冶金 医学 有机化学 物理化学 光学 物理 工程类 内分泌学
作者
Ruiwen Shao,Zhefei Sun,Lei Wang,Jianhai Pan,Luocai Yi,Yinggan Zhang,Jiajia Han,Zhenpeng Yao,Jie Li,Zhenhai Wen,Shuangqiang Chen,Shulei Chou,Dong‐Liang Peng,Qiaobao Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (11) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/anie.202320183
摘要

Abstract Alloying‐type antimony (Sb) with high theoretical capacity is a promising anode candidate for both lithium‐ion batteries (LIBs) and sodium‐ion batteries (SIBs). Given the larger radius of Na + (1.02 Å) than Li + (0.76 Å), it was generally believed that the Sb anode would experience even worse capacity degradation in SIBs due to more substantial volumetric variations during cycling when compared to LIBs. However, the Sb anode in SIBs unexpectedly exhibited both better electrochemical and structural stability than in LIBs, and the mechanistic reasons that underlie this performance discrepancy remain undiscovered. Here, using substantial in situ transmission electron microscopy, X‐ray diffraction, and Raman techniques complemented by theoretical simulations, we explicitly reveal that compared to the lithiation/delithiation process, sodiation/desodiation process of Sb anode displays a previously unexplored two‐stage alloying/dealloying mechanism with polycrystalline and amorphous phases as the intermediates featuring improved resilience to mechanical damage, contributing to superior cycling stability in SIBs. Additionally, the better mechanical properties and weaker atomic interaction of Na−Sb alloys than Li−Sb alloys favor enabling mitigated mechanical stress, accounting for enhanced structural stability as unveiled by theoretical simulations. Our finding delineates the mechanistic origins of enhanced cycling stability of Sb anode in SIBs with potential implications for other large‐volume‐change electrode materials.
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