Constructing Sub 10 nm Scale Interfused TiO2/SiOx Bicontinuous Hybrid with Mutual-Stabilizing Effect for Lithium Storage

材料科学 阳极 锂(药物) 相(物质) 复合数 纳米技术 离子 化学工程 复合材料 电极 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学 有机化学
作者
Ruohan Yu,Yexin Pan,Yihang Liu,Liang Zhou,Dongyuan Zhao,Jinsong Wu,Liqiang Mai
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 2568-2579 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c10381
摘要

TiO2 has been considered as a promising intercalation lithium-ion-battery (LIB) anode material owing to its robust cyclability. However, it suffers from low capacity. Herein, we construct a sub 10 nm scale interfused TiO2/SiOx hybrid with a bicontinuous structure, in which bridged TiO2 nanoparticles (over 80 wt %) are densely packed within a wormlike SiOx network, through the simple oxidation of MAX Ti3SiC2 ceramic. State-of-the-art in situ microscopy characterization unravels a "mutual-stabilizing" effect from the interfused TiO2/SiOx hybrid upon lithiation. That is to say, the two interpenetrated active components restrain the volume expansion of each other with the stress being relieved through abundant interfaces. Meanwhile, the stress generated from one phase functioned as the compressive force on the other phase and vice versa, offsetting the overall volume effect and synergistically reinforcing the structure integrity. Benefiting from the "mutual-stabilizing" effect, the TiO2/SiOx composite manifests a high and stable specific capacity (∼671 mAh g-1 after 580 cycles at 0.1 A g-1) with a low volume expansion of ∼14% even in an extended potential window of 0.01-3.0 V (vs Li+/Li). The concept of mutual-stabilizing effect, in principle, applies to a wide class of interfused bicontinuous hybrids, providing insight into the design of LIB anode materials with high capacity and longevity.
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