Multiscale dynamics of charging and plating in graphite electrodes coupling operando microscopy and phase-field modelling

材料科学 石墨 化学物理 粒子(生态学) 电镀(地质) 电极 相(物质) 锂(药物) 纳米技术 化学 复合材料 物理 物理化学 医学 海洋学 有机化学 内分泌学 地球物理学 地质学
作者
Xuekun Lu,Marco Lagnoni,Antonio Bertei,Supratim Das,Rhodri E. Owen,Qi Li,Kieran O’Regan,Aaron Wade,Donal P. Finegan,Emma Kendrick,Martin Z. Bazant,Dan J. L. Brett,Paul R. Shearing
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:49
标识
DOI:10.1038/s41467-023-40574-6
摘要

The phase separation dynamics in graphitic anodes significantly affects lithium plating propensity, which is the major degradation mechanism that impairs the safety and fast charge capabilities of automotive lithium-ion batteries. In this study, we present comprehensive investigation employing operando high-resolution optical microscopy combined with non-equilibrium thermodynamics implemented in a multi-dimensional (1D+1D to 3D) phase-field modeling framework to reveal the rate-dependent spatial dynamics of phase separation and plating in graphite electrodes. Here we visualize and provide mechanistic understanding of the multistage phase separation, plating, inter/intra-particle lithium exchange and plated lithium back-intercalation phenomena. A strong dependence of intra-particle lithiation heterogeneity on the particle size, shape, orientation, surface condition and C-rate at the particle level is observed, which leads to early onset of plating spatially resolved by a 3D image-based phase-field model. Moreover, we highlight the distinct relaxation processes at different state-of-charges (SOCs), wherein thermodynamically unstable graphite particles undergo a drastic intra-particle lithium redistribution and inter-particle lithium exchange at intermediate SOCs, whereas the electrode equilibrates much slower at low and high SOCs. These physics-based insights into the distinct SOC-dependent relaxation efficiency provide new perspective towards developing advanced fast charge protocols to suppress plating and shorten the constant voltage regime.
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
朴素太阳完成签到,获得积分20
2秒前
2秒前
高兴123发布了新的文献求助10
3秒前
BJQ666完成签到,获得积分10
4秒前
英姑应助朴素的焦采纳,获得10
4秒前
哈哈悦发布了新的文献求助10
6秒前
喜东东完成签到,获得积分20
7秒前
姚夏完成签到 ,获得积分20
8秒前
梦梦完成签到 ,获得积分10
12秒前
13秒前
kiki完成签到 ,获得积分10
15秒前
高高完成签到 ,获得积分10
16秒前
Tysonqu完成签到,获得积分10
16秒前
学习完成签到 ,获得积分10
16秒前
18秒前
阿晓晓发布了新的文献求助10
19秒前
从容芮完成签到,获得积分0
19秒前
朴素的焦发布了新的文献求助10
19秒前
啊强完成签到 ,获得积分10
20秒前
永不言弃完成签到 ,获得积分10
21秒前
乐乐应助喜东东采纳,获得10
22秒前
李清水完成签到,获得积分10
24秒前
苯酚完成签到,获得积分10
25秒前
俏皮的小鸭子完成签到 ,获得积分10
25秒前
小巧灯泡完成签到,获得积分10
25秒前
离我远点完成签到 ,获得积分10
26秒前
guohong完成签到 ,获得积分10
26秒前
27秒前
27秒前
QOP应助微醺采纳,获得10
28秒前
王羊补牢完成签到 ,获得积分10
29秒前
朴素的焦完成签到,获得积分10
29秒前
舒心含双完成签到 ,获得积分10
32秒前
33秒前
33秒前
33秒前
完美世界应助科研通管家采纳,获得10
34秒前
小二郎应助科研通管家采纳,获得10
34秒前
劲秉应助科研通管家采纳,获得10
34秒前
Hello应助科研通管家采纳,获得10
34秒前
高分求助中
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2700
Neuromuscular and Electrodiagnostic Medicine Board Review 1000
こんなに痛いのにどうして「なんでもない」と医者にいわれてしまうのでしょうか 510
The First Nuclear Era: The Life and Times of a Technological Fixer 500
Unusual formation of 4-diazo-3-nitriminopyrazoles upon acid nitration of pyrazolo[3,4-d][1,2,3]triazoles 500
岡本唐貴自伝的回想画集 500
Distinct Aggregation Behaviors and Rheological Responses of Two Terminally Functionalized Polyisoprenes with Different Quadruple Hydrogen Bonding Motifs 450
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3671775
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3228411
关于积分的说明 9780180
捐赠科研通 2938852
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1610260
邀请新用户注册赠送积分活动 760634
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 736119