基于软 X 射线发射谱的硅负极锂化过程：一项理论研究

由于其卓越的储锂能力，硅被认为是有前途的锂离子电池（LIBs）负极材料候选。本工作中我们证明软 X 射线发射谱（SXES）方法可用作全面分析硅锂化过程中在 LIB 负极形成的硅化锂 Li$_{x}$Si 的电子与结构性质的强有力工具。基于密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟表明，对于晶态和非晶态，Li$_{x}$Si 中 Si 原子的配位数随 Li 浓度增加而降低。在非晶 a-Li$_{x}$Si 合金中，即使在高锂浓度下 Si 也倾向于团聚形成 Si-Si 共价键。结果表明，晶态和非晶态 Li$_{x}$Si 合金的 Si-L$_{2,3}$ 发射带呈现不同的谱依赖关系，反映了硅化过程中 Si-Si 网络解离为不同尺寸的 Si 团簇和链的过程。Li$_{x}$Si 合金的 Si-L$_{2,3}$ 发射带随 Li 浓度增加变得更窄并向更高能量偏移。发射带形状取决于具有不同配位数的 Si 原子 X 射线辐射的相对贡献。Li$_{x}$Si 合金 Si-L$_{2,3}$ 谱的这一特征可用于硅锂化过程的详细分析以及 LIB 负极结构的识别。