First Principles Simulations of the Electrochemical Lithiation and Delithiation of Faceted Crystalline Silicon

阳极 晶体硅 锂(药物) 电池(电) 电化学 相(物质) 磁滞 纳米技术 结晶 各向异性 化学物理 化学 材料科学 离子 电极 热力学 物理化学 光电子学 凝聚态物理 物理 有机化学 医学 功率(物理) 量子力学 内分泌学
作者
Maria K. Y. Chan,Chris Wolverton,Jeffrey Greeley
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:134 (35): 14362-14374 被引量:247
标识
DOI:10.1021/ja301766z
摘要

Silicon is of significant interest as a next-generation anode material for lithium-ion batteries due to its extremely high capacity. The reaction of lithium with crystalline silicon is known to present a rich range of phenomena, including electrochemical solid state amorphization, crystallization at full lithiation of a Li15Si4 phase, hysteresis in the first lithiation–delithiation cycle, and highly anisotropic lithiation in crystalline samples. Very little is known about these processes at an atomistic level, however. To provide fundamental insights into these issues, we develop and apply a first principles, history-dependent, lithium insertion and removal algorithm to model the process of lithiation and subsequent delithiation of crystalline Si. The simulations give a realistic atomistic picture of lithiation demonstrating, for the first time, the amorphization process and hinting at the formation of the Li15Si4 phase. Voltages obtained from the simulations show that lithiation of the (110) surface is thermodynamically more favorable than lithiation of the (100) or (111) surfaces, providing an explanation for the drastic lithiation anisotropy seen in experiments on Si micro- and nanostructures. Analysis of the delithiation and relithiation processes also provides insights into the underlying physics of the lithiation–delithiation hysteresis, thus providing firm conceptual foundations for future design of improved Si-based anodes for Li ion battery applications.
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
tangz发布了新的文献求助10
2秒前
甲乙丙丁完成签到,获得积分10
2秒前
shihangZhang完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
歪歪完成签到,获得积分10
5秒前
zhaozhao完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
闪电侠完成签到 ,获得积分10
9秒前
顾矜应助木木林采纳,获得10
9秒前
Ning发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
小方发布了新的文献求助10
12秒前
英姑应助自觉的无声采纳,获得10
13秒前
13秒前
14秒前
爱学习的孩纸完成签到 ,获得积分10
15秒前
酷波er应助yuan466125789采纳,获得10
16秒前
Ning完成签到,获得积分10
16秒前
123完成签到,获得积分20
16秒前
17秒前
小蝶发布了新的文献求助10
18秒前
18秒前
赘婿应助甘地采纳,获得10
19秒前
114555完成签到,获得积分10
19秒前
小蘑菇应助娇气的雁兰采纳,获得10
19秒前
123发布了新的文献求助10
19秒前
21秒前
小方完成签到,获得积分10
22秒前
水冰月发布了新的文献求助10
22秒前
芋圆不圆发布了新的文献求助10
22秒前
赘婿应助健壮的语雪采纳,获得10
26秒前
自觉的无声完成签到 ,获得积分10
27秒前
28秒前
29秒前
31秒前
喵姐发布了新的文献求助10
33秒前
典雅碧空应助迟迟采纳,获得10
33秒前
34秒前
S77发布了新的文献求助10
36秒前
轻松盼雁完成签到,获得积分10
37秒前
高分求助中
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind 1000
Technical Brochure TB 814: LPIT applications in HV gas insulated switchgear 1000
Immigrant Incorporation in East Asian Democracies 600
Nucleophilic substitution in azasydnone-modified dinitroanisoles 500
不知道标题是什么 500
A Preliminary Study on Correlation Between Independent Components of Facial Thermal Images and Subjective Assessment of Chronic Stress 500
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 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3966822
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3512333
关于积分的说明 11162715
捐赠科研通 3247203
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1793730
邀请新用户注册赠送积分活动 874602
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 804432