Electrochemical Dilatometry of Si-Bearing Electrodes: Dimensional Changes and Experiment Design

电极 电解质 材料科学 电化学 肿胀 的 阳极 石墨 多孔性 相间 复合材料 化学 冶金 遗传学 生物 物理化学
作者
Andressa Y. R. Prado,Marco‐Tulio F. Rodrigues,Stephen E. Trask,Leon L. Shaw,Daniel P. Abraham
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:167 (16): 160551-160551 被引量:41
标识
DOI:10.1149/1945-7111/abd465
摘要

The severe volumetric changes in Si particles during the Li (de)alloying process cause expansion and contraction of the electrodes, which along with excessive electrolyte reduction and solid electrolyte interphase formation brings about rapid decay in cell capacity. In this work, we use operando electrochemical dilatometry to quantify the (de)lithiation-induced expansion/contraction of Si-based and graphite-rich electrodes during electrochemical cycling. We evaluate the relationship between electrode capacity and dilation and observe that by increasing the Si contribution to the electrode capacity, the swelling is aggravated upon lithiation. For silicon-rich anodes, the electrode dilation can be higher than 300%, and the expansion profile consists of a combination of slow swelling at low lithiation followed by an accelerated increase at higher lithium contents. We investigate how electrode properties, such as porosity, affect the dilation profile and quantify the irreversible expansion of the electrodes. Finally, we discuss some of the challenges associated with the dilatometry technique and suggest experimental approaches for obtaining consistent and reliable data.
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