4D原位X射线纳米全息断层扫描揭示硅-石墨负极的多尺度化机械行为
应用物理
2025-08-11 v1 材料科学
摘要
将电极微结构与电化学性能关联，是优化锂离子电池至关重要的工作，但这需要实现最终时空尺度下的机制性4D观测，这至今仍具挑战。本文展示了原位同步X射线纳米全息断层扫描结合数字体积相关（Digital Volume Correlation）技术，用于跟踪在粒子（局部）和电极（平均）尺度上的化机械动力学。应用于高容量硅-石墨负极的形成循环中，量化的尺度跨越图像分析揭示了以下发现：局部扩散特性、石墨粒子形貌与位置、至硅簇的距离、与电解液的表面接触以及机械变形，都直接影响局部电化学活性和不可逆行为——但这些参数的重要性并不相同。特别地，我们识别出起关键作用的快速扩散通道，抵消由于离子/电子扩散限制导致的固有深度相关反应异质性。归类确定影响Gr-Si电池性能的多种结构因素（超越集合属性），为材料和电极制造的优化提供了实用框架。
引用
@article{arxiv.2508.06413,
title = {4D operando X-ray nano-holo-tomography reveals multiscale chemomechanics in Silicon-Graphite anode},
author = {Victor Vanpeene and Olga Stamati and Francois Cadiou and Quentin Jacquet and Julie Villanova and Sandrine Lyonnard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.06413},
year = {2025}
}