Li 扩散加速嵌入电极中的晶粒生长：一项相场研究
材料科学
2019-07-03 v1
摘要
晶界迁移由晶界曲率和外加载荷（如温度和应力）驱动。在嵌入电极中，额外的驱动力来自 Li 扩散。即，Li 嵌入引起宿主电极的体积膨胀，并以弹性能形式储存在系统中。该储存能量被假设为晶界和刃型位错的额外驱动力。在此，我们应用二维 Cahn-Hilliard相场晶体(CH-PFC)模型，研究电化学循环过程中高迁移率 Li 离子与宿主电极晶格结构之间的耦合相互作用。我们使用多晶 FePO/LiFePO 电极颗粒作为模型系统。我们在两项并行研究中计算 FePO 电极中的晶粒生长：第一项研究中，我们对电极进行电化学循环并计算 Li 扩散辅助的晶粒生长；第二项研究中，我们不对电极进行循环，计算曲率驱动的晶粒生长。外加载荷（如温度和应力）在各项研究中无差异。我们发现，电化学循环电极颗粒的平均晶粒尺寸增大了约 11%。相比之下，在无电化学循环时，电极颗粒的平均晶粒尺寸增大了约 2%。这些 CH-PFC 计算表明，Li 嵌入加速了宿主电极颗粒中的晶界迁移。CH-PFC 模拟为宿主电极微观结构中的扩散诱导晶界迁移、刃型位错运动和三岔晶界拖曳效应提供了原子尺度见解。
引用
@article{arxiv.1806.06890,
title = {Li-diffusion accelerates grain growth in intercalation electrodes: a phase-field study},
author = {Ananya Renuka Balakrishna and Yet-Ming Chiang and W. Craig Carter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.06890},
year = {2019}
}
备注
11 pages, 9 figures