通过皮秒超声技术原位测量晶体硅初始锂化过程中的相边界动力学

摘要： 研究锂离子电池硅电极初始嵌锂过程中的相变动力学及相界传播，有助于理解其性能表现。此类研究通常具有挑战性，因为难以测量样品内部的相界移动速度。本文介绍一种非侵入式原位测量方法，在保持锂通量和电势精确可控的条件下，测量平面样品几何结构中相界的推进过程。我们开发了一套集成电化学池与皮秒超声技术的装置，用于实时探测传播中的相界。以高容量负极材料——晶体硅的初始嵌锂过程为例，研究了相传播现象。本文主要目标是报道实验技术开发及部分初步结果。在垂直于(100)晶面方向的嵌锂过程中，当电流密度为40 μA/cm2进行恒流嵌锂时，观测到相界移动速度约为12皮米/秒，且LixSi中x值为3.73。采用Deal-Grove模型分析了嵌锂相的生长速率和反应速率系数。