Исследование механизмов разрушения межфазной границы твердого электролита в частицах кремния

Важные новости

Исследование механизмов разрушения межфазной границы твердого электролита в частицы кремния

Влияние трех факторов на стабильность SEI. Авторы и права: Цзюньцзе Дин, Сюэянь Ли, Лили Гонг, Пэн Тан.

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в транспортных средствах на новых источниках энергии из-за их низкой скорости саморазряда и длительного срока службы. В настоящее время в качестве анодного материала коммерческих литий-ионных батарей в основном используется графит с теоретической емкостью всего 372 мАч/г, который постепенно перестает удовлетворять растущий спрос на плотность энергии.

Кремний используется широко изучен благодаря своей высокой теоретической емкости — 4200 мАч/г. Однако кремний приводит к изменению объема до 300% во время литиирования и делитирования, а последующая механическая деградация и потеря емкости затрудняют применение.

Чтобы уменьшить неблагоприятные последствия, вызванные механической деформацией, были проведены интенсивные исследования по оптимизации структуры кремния, которая позволила эффективно улучшить характеристики циклической езды. Тем не менее, долгосрочная разработка материалов для хранения энергии на основе кремния требует не только стабильных электродов, но и стабильной промежуточной фазы между электродами и электролитами.

Органические электролиты, которые широко используются в обычных литий-ионных батареях. , восстанавливаются на поверхности анода с образованием тонкой пленки, называемой межфазной фазой твердого электролита (SEI).

К сожалению, резкие изменения объема кремния могут привести к накоплению напряжения и разрушению SEI, который впоследствии будет регенерировать на открытой поверхности анода, значительно увеличивая необратимый расход лития и электролита и вызывая ухудшение емкости. Поэтому особенно важно стабилизировать механические свойства SEI на кремниевых материалах.

С этой целью Группа перспективных исследований в области энергетики под руководством Пэн Таня из Университета науки и технологий Китая (USTC) инициировала исследование моделирования механической стабильности SEI с трех точек зрения: свойства материала электрода, геометрические свойства SEI и батарея. условия эксплуатации. Работа опубликована в журнале Advanced Powder Materials.

Моделирование было основано на модели механики сплошной среды в сочетании с процессом электрохимического массопереноса.

Команда количественно проанализировала влияние трех факторов на стабильность SEI и использование емкости батареи, построив модель отдельных частиц электрода.

Они обнаружили, что для улучшения стабильности SEI следует использовать сферические кремниевые элементы с меньшим размером частиц. быть максимально использованы при разработке электродных материалов. С точки зрения геометрии SEI особенно важно искусственно построить SEI с однородной структурой, тогда как при работе ячеек высокая множественность приведет к большей загрузке емкости, но не способствует стабильности SEI.

Полученные результаты демонстрируют стратегию высокостабильного проектирования и эксплуатации SEI и будут служить основой для разработки кремниевых аккумуляторных батарей с высокой циклической стабильностью.

Дополнительная информация: Цзюньцзе Дин и др., Исследование механизма разрушения межфазной границы твердого электролита в частицах кремния с точки зрения электрохимико-механического взаимодействия, Advanced Powder Materials (2024). DOI: 10.1016/j.apmate.2024.100200 Предоставлено KeAi Communications Co.

Новости сегодня

Последние новости