纳米颗粒表面张力对锂离子电池电极电化学反应的影响

采用应力辅助扩散模型和三维有限元模拟研究了锂离子电池电极中球形和椭球状纳米颗粒的化学力学行为与尺寸和形状的关系。该模型具有表面张力，扩散和弹性之间的直接耦合，浓度依赖的扩散率，以及用于描述电化学反应的巴特勒-沃尔默关系，该关系经过修改以考虑机械效应。对球形颗粒的模拟结果表明，表面张力在颗粒中引起额外的压力场，使应力状态转向压缩状态。这提供了机械稳定性，原则上允许更高的充放电率。然而，由于这种压力，在插入过程中，给定电位差下可实现的锂化会减少，而在提取过程中则会释放出更多的离子。长径比与体积相同的球体不同的椭球体粒子，其插层反应的表面积更大。因此，它们表现出加速的(非)电荷速率。然而，由于高曲率区域的压力增强，椭球粒子的可达能力小于球形粒子。

链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.09.085