電気化学リチウム化における窒化ケイ素負極の構造進化

窒化ケイ素 (SiN)_x）は、シリコンやグラファイトの負極に取って代わる可能性が非常に高い変換合金リチウムイオン電池電極で、サイクル安定性が向上し、急速充電機能が向上しています。形成サイクル中、SiNは_x 不可逆的にリチウム化シリコンとニトリドシリケートマトリックスの混合物に変換されます。しかし、この基本的な理解以外に、変換後の構造がどのように電気化学的性能を向上させるかについての基本的な洞察は限られています。これはSiNの最適化と商業化の見通しを著しく妨げています。_x アノード。ここでは、 オペランド 電気化学原子間力顕微鏡法は、SiNの形態学的および化学機械的変化を明らかにするために使用されます_x 変換反応中の薄膜。変換後のSiNが解明されました_x 硬い外側のニトリドシリケート表面とより柔らかい内側のSiに富むコアで構成されるコアシェルのような構造で、マトリックス内に埋め込まれたシリコントメインを形成します。形成されるシリコンドメインの寸法は非常に安定しており（直径約100 nm）、決定的に重要な点は、シリコンの限界割れ閾値よりも小さいままであることです。その結果、より機械的に堅牢なアノードが得られ、クラック、粉砕、それに続く容量の低下による悪影響がなくなると予想されます。私たちの研究は、窒化ケイ素アノードの基本的な理解における重要な進歩を示しており、次世代電池への組み込みへの道筋を示しています。