谈鹏教授、倪勇教授，AFM观点：硅-石墨复合电极中电化学、质量输运和应力的空间依赖研究

主要观点总结

本文研究了硅-石墨复合电极中电化学、质量输运和应力的空间依赖关系，通过结合实验验证和电化学、力学场模型，深入探讨了硅和石墨的电化学、质量传递和应力耦合机制。文章包含了硅和石墨颗粒内部以及电解质的锂离子分布、活性颗粒内的应力演变、搁置期间的锂串扰现象、两种电极的倍率性能等方面的研究要点。

关键观点总结

关键观点1: 活性颗粒内部的物质输运

研究发现活性粒子的反应速率和空间位置对电极的电化学行为有影响。硅颗粒在Gr/Si电极中的反应速率低于在Si/Gr电极中的反应速率。有必要平衡活性物质的输运性质及其位置的优势。

关键观点2: 电解液中的锂离子分布

研究指出Si/Gr电极的浓度梯度一般大于Gr/Si电极。Gr/Si电极通过优化电解质和电极材料之间的有效反应活性来提高Li+的传输效率。随着放电的进行，整体浓度梯度增大。

关键观点3: 活性颗粒内的应力演变

电极的不均匀膨胀导致材料与集流器之间的应变不匹配，产生集中的剪切应力。这种应力可能导致接触边缘出现裂纹和分层，降低电池的电化学性能。

关键观点4: 搁置期间的锂串扰现象

电极内硅和石墨颗粒中的Li+在搁置时自发地重新分布。观察到石墨颗粒略有右移，SOC变化明显。这种动态的Li+交换导致石墨颗粒在静止状态下沿径向Li+浓度呈低-高-低的分布模式。

关键观点5: 两种电极的倍率性能

硅石墨活性颗粒在电极内的空间位置显著影响活性离子的迁移、表面反应速率和电极的电化学性能。实验和模拟证明Si/Gr电极由于倍率造成的容量衰减更为严重，Gr/Si电极结构表现出更好的速率性能。

文章预览

科学材料站 文 章 信 息 硅-石墨复合电极中电化学、质量输运和应力的空间依赖研究 第一作者：李雪妍 通讯作者：谈鹏*，倪勇* 单位：中国科学技术大学 科学材料站 研 究 背 景 在锂离子电池中，传统的石墨阳极几乎达到其理论容量极限，而大容量硅材料的商业化则受到体积变化的阻碍。由硅和石墨制成的复合阳极，在增加电池容量的同时保持电极结构的稳定性，正受到越来越多的关注。电极中活性粒子的空间位置直接影响电极的电化学行为和稳定性，但由于实验在微观尺度上的复杂性，研究较少。本研究通过考虑硅和石墨的不同空间位置，重点研究了硅和石墨的电化学、质量传递和应力耦合机制。本研究通过电化学和力学场模型结合实验验证，加深了对复合电极结构设计的理解，为优化电极材料的空间配置，显著提高电池性能提供了实践指导 ………………………………