研究人员揭示硅纳米颗粒电极的降解过程促进锂离子电池发展

据国外媒体报道，最近发表在《物理化学杂志》上的一项研究整合了原位和非原位扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱方法，为锂离子电池充电/放电循环期间基于硅纳米颗粒的电极的降解过程提供了详细的见解。

硅基电极具有超强的理论电容，而硅材料易得且价格低廉，因此越来越受到人们的关注而硅基电极由于明显的体积扩大/收缩和强电解质界面的大量增加，容量会迅速下降，循环寿命较短了解硅纳米颗粒基阳极的降解过程，对于解决活性物质断裂，破碎或改善固体电解质界面具有重要意义

为了研究硅纳米颗粒基电极的降解过程，使用扫描电子显微镜和能量色散X射线谱进行死后调查是常用和有效的方法非原位分析是指在适当的电池容量和健康状况下停止充电/放电循环，然后拆卸电池，并通过SEM和EDX分析干电极与原位SEM不同，原位/原位研究是在不拆卸电池的情况下进行的

在这项研究中，研究人员利用准原位SEM和EDX研究了纯硅纳米颗粒复合电极在充放电循环中的降解过程，包括破碎，不可逆体积变化和地板降解产物。

本次QUIS—SEM/EDX研究结合了原位和场外分析方法的优点，在受保护的环境中完成周期性场外同点评价，从而获得SEM照片，如同原位拍摄一样，可以准确了解过去的工艺流程。

在整个实验过程中，锂离子电池使用标准的天然碳酸盐基电解液，并且都工作在典型的工作环境中为了确保受保护的准原位环境，以非破坏性方式从电池中取出主要基于硅纳米颗粒的电极，并保持在惰性气氛中

结果表明，QUIS—扫描电镜/EDX方法可以对硅纳米颗粒电极表面同一区域多次成像，且光束退化最小，具有良好的空间精度10次循环后，用QUIS法比较不同的放电速率研究人员发现，当放电率降低时，主要是持续的体积膨胀，当放电率增加时，碎片结构占主导地位

此外，对表面降解产物不断增长的分析表明，氟基降解产物是在导电添加剂上形成的，而不是硅纳米颗粒，这意味着导电添加剂是形成均质SEI和降解锂离子电池的必要因素。

总之，QUIS—扫描电镜/EDX方法可以消除成像/评价技术的潜在缺陷，从而了解硅纳米颗粒的降解效果。

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