25 / 2021-03-25 21:05:04

锂离子硅负极材料非晶损伤机理研究

非晶损伤,锂离子电池

锂离子电池高容量负极材料的锂化过程存在有大体积形变，导致电极材料发生塑性变形和断裂，最终影响电池的循环性能，并缩短了使用寿命。硅作为一种典型的高容量负极材料，硅的体积变形率可达到 420%。 研究发现锂离子电池硅负极材料在充放电过程中发生了从 Si 到 Li_4.4Si的非晶转变，其中锂化诱导塑性变形的机制无法用传统的晶体塑性理论描述。本文基于统计学、非线性动力学及非晶塑性变形理论，对锂离子电池硅负极材料充放电过程中的力学行为和非晶变形统计结果进行分析，并对剪切转化区体积和原子空间相互作用进行深入探究。研究发现硅负极材料锂化过程中系统处于 SOC 态(自组织临界态)。为了进一步探究这种状态的变化，将相空间的概念引入到该动态系统中计算最大李雅普诺夫指数，发现硅负极材料放电过程伴随着混沌行为。这对了解大体积变化的锂化反应，优化电极设计和构造至关重要。