同步原位中子成像与衍射分析揭示超厚石墨电极中空间锂化相演变
材料科学
2024-11-14 v1 应用物理
摘要
高效、安全、可靠的锂离子电池（LIBs）是广泛应用所需。保持储存高能量的厚电极充电能力是未来先进LIBs最理想的特性。超厚石墨负极的引入受限于内部电极传输性能，导致锂离子梯度，对电池性能和寿命产生不利影响。然而，缺乏能够提供此类厚电极内部局部过程和演变梯度完整视图的实验工具。在此，我们引入一种多模态原位测量方法，实现对超厚石墨电极中锂浓度和嵌锂相的定量时空观测。中子成像与衍射同步提供从电池和电极的宏观尺度到描绘嵌锂和脱嵌过程的晶体学尺度的相关信息。特别地，固体电解质界面（SEI）的演变形成、总锂含量梯度、有序LixC6相的形成以及锂的捕获已在电池的首次充放电循环中全程绘制。在超厚复合石墨基电极的充放电过程中，不同锂化阶段共存；在电极中央区域观察到延迟的锂化和脱锂过程，而SEI形成、潜在析锂和死锂主要靠近隔膜界面处。该研究进一步强调了该方法研究锂离子扩散和先进超厚电极中锂化相形成动力学的潜力。
引用
@article{arxiv.2411.08476,
title = {Concurrent operando neutron imaging and diffraction analysis revealing spatial lithiation phase evolution in an ultra-thick graphite electrode},
author = {Markus Strobl and Monica E. Baur and Stavros Samothraktis and Florencia Malamud and Xiaolong Zhang and Patrick K. M. Tung and Søren Schmidt and R. Woracek and J. Lee and Ryoji Kiyanagi and Luise Theil Kuhn and Inbal Gavish Segev and Yair Ein-Eli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.08476},
year = {2024}
}