Visualization of Stochastic Nucleation and Confined Propagation in Graphite Lithiation

石墨 成核 化学 扩散 化学物理 相(物质) 可视化 动力学 动能 纳米技术 领域(数学分析) 相变 离子 异步通信 动力学蒙特卡罗方法
作者
Haoran Li,Ben Niu,Xinyue Wang,Mai Wang,Jia Gao,Yuyang Lu,Weiyi Liu,Jiao Gao,Xing‐Hua Xia,Jinding Liang,Wei Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (16): 17346-17355 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.6c03598
摘要

Fast charging in lithium-ion batteries demands a fundamental understanding of lithiation kinetics in graphite anodes, particularly their phase transformations. Using operando optical imaging with high spatiotemporal resolution, we directly visualized phase transitions in individual graphite microparticles under realistic conditions. We uncovered a previously unrecognized “stochastic nucleation and confined propagation” regime during the stage 1L–3L and 3L–2 transitions, marked by asynchronous domain evolution. Kinetic analysis further revealed distinct rate-limiting mechanisms: interfacial ion transport governs early transitions, whereas solid-state diffusion controls the final 2–1 transition. These insights establish a unified mechanistic framework for graphite phase transformations and offer guidance for designing materials and charging strategies to enable fast-charging lithium-ion batteries.
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