解密锂离子电池负极材料中润湿与化学-力学裂纹的相互作用
材料科学
2025-07-08 v1 应用物理
摘要
锂离子电池电极中的裂纹增长通常是有害且不可取的。然而，最近的实验表明，稳定的裂纹生长可增加电化学活性表面、缩短扩散路径、增强（去）锂化并提高整体容量。为了破译电解液润湿与裂纹演化之间的基本耦合作用并评估其对宏观电池性能的影响，我们对 -V2O5 单晶和多晶 NCM 进行了集成的实验-模拟研究。尽管合成具有挑战性，单晶 -V2O5 相对于多晶晶体具有更清晰的基本洞察，因为晶界复合性更小。样品上的裂纹模式和锂化异质性通过高级扫描技术在化学（去）锂化循环后进行映射，表现出与通过开发的多物理模型进行的仿真高度一致。结果揭示了润湿与裂纹之间的相互强化相互作用：（i）电解液渗透裂纹表面增强（去）锂化和组成异质性；（ii）润湿影响裂纹动力学，包括裂纹模式、传播距离和方向性。进一步的验证建模框架应用于常数电流（去）充电下多晶 NCM 粒子的仿真，突出了润湿在促进裂纹和提高整体容量方面的关键作用。本工作桥接了润湿-裂纹耦合的基本理解与通过受控裂纹工程优化电池性能的实际意义。
引用
@article{arxiv.2507.04574,
title = {Deciphering the interplay between wetting and chemo-mechanical fracture in lithium-ion battery cathode materials},
author = {Wan-Xin Chen and Luis J. Carrillo and Arnab Maji and Xiang-Long Peng and Joseph Handy and Sarbajit Banerjee and Bai-Xiang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.04574},
year = {2025}
}