Unravelling electro-chemo-mechanical processes in graphite/silicon composites for designing nanoporous and microstructured battery electrodes

材料科学 石墨 纳米孔 电极 复合材料 电池(电) 复合数 电化学 多孔性 极化(电化学) 纳米尺度 纳米技术 多孔介质 自愈水凝胶 限制 温度循环 电化学动力学 集电器 多孔硅 光电子学
作者
Xuekun Lu,Rhodri E. Owen,Wenjia Du,Zhenyu Zhang,Antonio Bertei,Roby Soni,Xun Zhang,Francesco Iacoviello,Daqing Li,Alice V. Llewellyn,Jianuo Chen,Han Zhang,Xuhui Yao,Qi Li,Yunlong Zhao,Shashidhara Marathe,Christoph Rau,Paul R. Shearing
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:20 (11): 1656-1666 被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41565-025-02027-7
摘要

Silicon is a promising negative electrode material for high-energy batteries, but its volume changes during cell cycling cause rapid degradation, limiting its loading to about 10 wt.% in conventional graphite/Si composite electrodes. Overcoming this threshold requires evidence-based design for the formulation of advanced electrodes. Here we combine multimodal operando imaging techniques, assisted by structural and electrochemical characterizations, to elucidate the multiscale electro-chemo-mechanical processes in graphite/Si composite negative electrodes. We demonstrate that the electrochemical cycling stability of Si particles strongly depends on the design of intraparticle nanoscale porous structures, and the encapsulation and loss of active Si particles result in excessive charging current being directed to the graphite particles, increasing the risk of lithium plating. We also show that heterogeneous strains are present between graphite and Si particles, in the carbon-binder domain and the electrode's porous structures. Focusing on the volume expansion of the electrode during electrochemical cycling, we prove that the rate performance and Si utilization are heavily influenced by the expansion of the carbon-binder domain and the decrease in porosity. Based on this acquired knowledge, we propose a tailored double-layer graphite/Si composite electrode design that exhibits lower polarization and capacity decay compared with conventional graphite/Si electrode formulations.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
日月雨辰完成签到,获得积分10
刚刚
ZhuJY发布了新的文献求助10
刚刚
金妖靜完成签到,获得积分10
刚刚
莫望发布了新的文献求助10
1秒前
Niko完成签到 ,获得积分10
1秒前
Vivian完成签到,获得积分10
1秒前
孑孑完成签到,获得积分10
1秒前
aaa0001984完成签到,获得积分0
1秒前
1秒前
2秒前
2秒前
长庚完成签到,获得积分10
2秒前
XIZHENG_完成签到,获得积分10
3秒前
Ava应助懒羊羊采纳,获得10
3秒前
超级碗完成签到,获得积分10
3秒前
发型犀利啊完成签到,获得积分10
3秒前
傲娇连虎完成签到,获得积分10
4秒前
科目三应助小狮子采纳,获得10
4秒前
4秒前
Sugar完成签到,获得积分10
5秒前
英姑应助秣旎采纳,获得10
5秒前
玥越完成签到,获得积分10
5秒前
C120完成签到,获得积分10
6秒前
默默的立辉完成签到,获得积分10
6秒前
UNZL完成签到,获得积分10
6秒前
招财猫完成签到 ,获得积分10
6秒前
谷飞飞完成签到,获得积分0
6秒前
6秒前
竹噶完成签到,获得积分10
7秒前
Jingjing完成签到 ,获得积分10
7秒前
7秒前
8秒前
汉堡包应助高言采纳,获得20
8秒前
8秒前
晶aaaaa发布了新的文献求助10
8秒前
sunshine完成签到 ,获得积分10
8秒前
冷月发布了新的文献求助20
8秒前
8秒前
8秒前
xyj完成签到,获得积分10
9秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The anomeric effect 1000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Perfectionism in School: When Achievement Is not So Perfect 600
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7726723
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9279019
关于积分的说明 20130702
捐赠科研通 7303966
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3302279
关于科研通互助平台的介绍 2455617
邀请新用户注册赠送积分活动 2310220