基于纳米尺度成像的锂离子电池机械退化的定量和建模

锂离子电池电极的容量衰退可能源于一种退化机制，其中炭黑-粘合剂网络与活性材料发生脱离。在此，我们提出两种方法来可视化和量化这种脱离，并利用实验结果开发和验证一个模型，该模型考虑了活性颗粒大小、复合电极的粘弹性参数、活性颗粒与炭黑-粘合剂域之间的粘附力，以及固体电解质界面生长速率对脱离和容量衰退的影响。使用碳-硅复合电极作为模型系统，我们展示了足够分辨率和对比度的X射线纳米层析成像和背散射扫描电子显微镜，以分割孔隙空间、活性颗粒和炭黑-粘合剂域，并定量分析分层与循环次数的关系。经过验证的模型进一步用于讨论如何通过材料工程最小化高容量材料中的脱离和容量衰退。