二维化学-力学模拟中由 SEI 覆盖的椭圆形硅纳米线
应用物理
2024-09-13 v1 化学物理
摘要
理解硅负极与其周围固体电解质界面（SEI）之间的力学相互作用，对于改进下一代锂离子电池至关重要。我们利用热力学一致的化学-力学连续介质方法，结合高阶有限元方法和变步长、变阶时间积分方案，对带有 SEI 的 2D 椭圆形硅纳米线进行了建模与模拟。考虑软粘塑性 SEI 的三个半循环，我们在短半轴处观察到硅纳米线表面最大的应力幅值，导致浓度异常。这种异常是由纳米线本身的形状引起的，而不是由 SEI 引起的。同样对于 SEI 的切向应力，最大应力幅值也位于该点，这可能导致 SEI 断裂。然而，对于刚性 SEI，纳米线内部的最大应力幅值出现在长半轴处，导致该区域浓度分布降低。SEI 的最大切向应力仍位于短半轴处。总而言之，我们证明了在硅负极模拟中考虑负极和 SEI 力学的重要性，并鼓励进一步的数值和模型改进。
引用
@article{arxiv.2409.07991,
title = {Elliptical Silicon Nanowire Covered by the SEI in a 2D Chemo-Mechanical Simulation},
author = {Raphael Schoof and Lukas Köbbing and Arnulf Latz and Birger Horstmann and Willy Dörfler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.07991},
year = {2024}
}