由于鋰電鍍反應會導致循環性能不佳和安全問題，因此高容量陽極的快速充電具有挑戰性。因此，準確預測電鍍開始和了解這一電化學過程對于穩健的電池設計至關重要。然而，最常用的基于多孔電極理論的模型（例如偽二維模型）由于其復雜性而難以校準，限制了它們的預測能力。
近日，布朗大學Brian W. Sheldon通過使用光學操作技術測量局部反應進程和電鍍行為，研究了（小顆粒）石墨半電池快速充電過程中的鋰電鍍過程。
文章要點
1）這些實驗采用了真實的 1D 石墨電極幾何形狀，具有商業相關的質量負載，以快速充電速率充電。結果表明，不僅可以用 p2D 數值模型準確預測局部反應進程和電鍍開始，而且這些過程遵循簡單的縮放。值得注意的是，研究人員觀察到以不同速率充電的不同電極（例如，0.5C 時厚度為 160 μm，1C 時為 111 μm 或 4C 時為 66 μm）的整個反應歷史具有自相似的插層曲線。結果表明，鍍層開始反過來受反應曲線控制，這解釋了為什么這兩個過程表現出相同的縮放行為。
2）研究人員首次在具有通道結構的電極中進行了局部反應動力學的原位測量，定量確定了通道如何影響反應均勻性和鍍層開始。總之，這些結果揭示了快速充電和鋰鍍層的復雜電化學環境中潛在的簡單性，加深了對這一過程的理解。
這些基本見解廣泛應用于鋰離子電池的設計過程、建模和實驗評估。
參考文獻
Aleksandar S. Mijailovic, et al, Interplay of intercalation dynamics and lithium plating in monolithic and architectured graphite anodes during fast charging, Energy Environ. Sci., 2024
DOI: 10.1039/D4EE02211D
