In Situ Observation of the Electrochemical Lithiation of a Single SnO 2 Nanowire Electrode

材料科学 纳米线 电极 阳极 插层(化学) 氧化锡 透射电子显微镜 氧化物 电化学 纳米技术 化学工程 无机化学 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Jian Yu Huang,Li Zhong,Chong Min Wang,J. P. Sullivan,Wu Xu,Liqiang Zhang,Scott X. Mao,Nicholas S. Hudak,Xiao Hua Liu,Arunkumar Subramanian,Hongyou Fan,Qi Liang,Akihiro Kushima,Ju Li
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:330 (6010): 1515-1520 被引量:1537
标识
DOI:10.1126/science.1195628
摘要

We report the creation of a nanoscale electrochemical device inside a transmission electron microscope--consisting of a single tin dioxide (SnO(2)) nanowire anode, an ionic liquid electrolyte, and a bulk lithium cobalt dioxide (LiCoO(2)) cathode--and the in situ observation of the lithiation of the SnO(2) nanowire during electrochemical charging. Upon charging, a reaction front propagated progressively along the nanowire, causing the nanowire to swell, elongate, and spiral. The reaction front is a "Medusa zone" containing a high density of mobile dislocations, which are continuously nucleated and absorbed at the moving front. This dislocation cloud indicates large in-plane misfit stresses and is a structural precursor to electrochemically driven solid-state amorphization. Because lithiation-induced volume expansion, plasticity, and pulverization of electrode materials are the major mechanical effects that plague the performance and lifetime of high-capacity anodes in lithium-ion batteries, our observations provide important mechanistic insight for the design of advanced batteries.
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