Understanding the Degradation of a Model Si Anode in a Li-Ion Battery at the Atomic Scale

原子单位 阳极 电池(电) 降级(电信) 比例(比率) 离子 材料科学 工程物理 电气工程 化学 工程类 物理 热力学 物理化学 电极 功率(物理) 有机化学 量子力学
作者
Se‐Ho Kim,Kang Dong,Huan Zhao,Ayman A. El‐Zoka,Xuyang Zhou,Eric Woods,Finn Giuliani,Ingo Manke,Dierk Raabe,Baptiste Gault
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (36): 8416-8421 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c02236
摘要

To advance the understanding of the degradation of the liquid electrolyte and Si electrode, and their interface, we exploit the latest developments in cryo-atom probe tomography. We evidence Si anode corrosion from the decomposition of the Li salt before charge–discharge cycles even begin. Volume shrinkage during delithiation leads to the development of nanograins from recrystallization in regions left amorphous by the lithiation. The newly created grain boundaries facilitate pulverization of nanoscale Si fragments, and one is found floating in the electrolyte. P is segregated to these grain boundaries, which confirms the decomposition of the electrolyte. As structural defects are bound to assist the nucleation of Li-rich phases in subsequent lithiations and accelerate the electrolyte's decomposition, these insights into the developed nanoscale microstructure interacting with the electrolyte contribute to understanding the self-catalyzed/accelerated degradation Si anodes and can inform new battery designs unaffected by these life-limiting factors.

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