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Identifying Hidden Li–Si–O phases for Lithium-Ion Batteries via First-Principle Thermodynamic Calculations

Energy & Environmental Materials 2022年第3期5卷 865-871页

作者： Jiale Qu Chao Ning Xiang Feng Bonan Yao Bo Liu Ziheng Lu Tianshuai Wang Zhi Wei Seh Siqi Shi Qianfan Zhang School of Materials Science and Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China College of Mathematics and Physics Jinggangshan UniversityJi’an 343009China Department of Materials Science&Metallurgy University of CambridgeCambridge CB30FSUK Institute of Materials Research and Engineering Agency for ScienceTechnology and Research(A^(*)STAR)Singapore 138634Singapore School of Materials Science and Engineering Shanghai UniversityShanghai 200444China

SiO–based materials are promising alloys and conversion-type anode materials for lithium-ion batteries and are recently found to be excellent dendrite-proof layers for lithium-metal ***,only a small fraction of the Li–Si–O compositional space has been reported,significantly impeding the understanding of the phase transition mechanisms and the rational design of these materials both as anodes and as protection layers for lithium-metal ***,we identify three new thermodynamically stable phases within the Li–Si–O ternary system(Li_(2)SiO_(5),Li_(4)SiO_(6),and Li_(4)SiO_(8))in addition to the existing records via first-principle *** electronic structure simulation shows that Li_(2)SiO_(5)and Li_(4)SiO_(8)phases are metallic in nature,ensuring high electronic conductivity required as *** calculations demonstrate that the mechanical strength of Li–Si–O phases is much higher than that of lithium *** diffusion barriers of interstitial Li range from 0.1 to 0.6 eV and the interstitial Li hopping serves as the dominating diffusion mechanism in the Li–Si–O ternary systems compared with vacancy *** findings provide a new strategy for future discovery of improved alloying anodes for lithium-ion batteries and offer important insight towards the understanding of the phase transformation mechanism of alloy-type protection layers on lithium-metal anodes.

关键词： anode material crystal structure prediction first-principle calculations ternary alloy phase

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