锂离子电池薄层石墨电极的收缩环机制及依赖阶段的倍率性能

石墨颗粒的动力学性能难以从半电池实验中解耦，因为工作电极孔隙率和对电极的影响会以非线性方式贡献于电化学响应。因此，我们制备了厚度约为 1 {\mu}m 的薄层电极，采用标准高结晶度石墨颗粒以评估其倍率性能。性能评估基于不同的阶段转变。我们发现，向具有 LiC6 面内密度的致密阶段 1 和 2 的转变是充放电的主要倍率限制因素之一。但令人惊讶的是，向稀释阶段 2L、3L、4L 和 1L 的进展非常迅速，甚至可以在放电过程中补偿致密阶段转变的初始扩散限制。我们证明了类液态阶段与致密阶段的扩散系数存在显著差异。我们还表明，对于中值直径为 3.3 {\mu}m 的颗粒，石墨可在约 6C（10 分钟）的速率下充电，并在 600C（6 秒）的速率下放电，同时保持总比容量的 80%。基于这些发现，我们提出了一种收缩环机制，描述了中等和高倍率下不同阶段在颗粒内的传播。除了充电期间有限的适用过电位外，该机制还能解释石墨中锂嵌入充放电倍率性能之间长期存在但尚未得到解释的不对称性。