利用多边X射线散射分析理解硅负极中的不可逆锂损失
材料科学
2024-10-10 v1
摘要
在首次充放电循环中，由于固体电解质界面相（SEI）的形成以及合金化过程中膨胀-收缩序列导致的形貌变化，硅基电池表现出显著的容量损失。为理解这种首次循环不可逆性，需要定量方法来表征循环电极体相中硅和锂的化学环境。本文报告了一种基于多边X射线拉曼散射的方法，该方法应用于在首次循环后制备的完全锂化和完全脱锂状态下的模型硅电极。光谱记录在C、O、F和Li的K边以及Si的L2,3边。我们使用实验和计算参考光谱的线性组合进行分析。我们使用典型的SEI化合物如Li2CO3、LiF和LiPF6，以及电极组分如粘结剂和导电碳、晶体硅、原生SiO2、LixSi相（x为锂化指数）来识别主要物种，分离其相对贡献，并定量评估有机和无机产物的比例。我们发现，锂化过程中在SEI中形成的碳酸盐有30%在脱锂时溶解，并且部分Li15Si4合金在脱锂后仍然存在。通过结合电化学分析和XRS结果，我们确定首次循环中损失的锂有17%被捕获在断开的硅颗粒中，30%形成富含氟的稳定SEI，53%形成富含碳酸盐的可部分溶解的SEI。这些结果为在受控荷电状态和健康状态条件下制备的电极体相中SEI特性的系统性、参考数据驱动和建模辅助研究铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2410.05794,
title = {Understanding the irreversible lithium loss in silicon anodes using multi-edge X-ray scattering analysis},
author = {Michael A. Hernandez Bertran and Diana Zapata Dominguez and Christopher Berhaut and Samuel Tardif and Alessandro Longo and Christoph Sahle and Chiara Cavallari and Ivan Marri and Nathalie Herlin-Boime and Elisa Molinari and Stéphanie Pouget and Deborah Prezzi and Sandrine Lyonnard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.05794},
year = {2024}
}