​JEC：边缘和锂浓度对石墨负极插层动力学的影响

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​JEC：边缘和锂浓度对石墨负极插层动力学的影响
石墨界面是锂离子电池（LIB）负极的重要组成部分，显着影响锂嵌入动力学。
​JEC：边缘和锂浓度对石墨负极插层动力学的影响
在此，中国科学院深圳先进技术研究院彭超，南安普顿大学Denis Kramer等人通过第一原理计算，全面探讨了高锂浓度时石墨非基底边缘附近锂插层和锂扩散的能量学和动力学问题。
研究发现，表面效应在第二阶段依然存在，使得锂与边缘位点紧密结合。其中”之”字形边缘的独特表面在石墨负极锂化初期会显著影响和限制充电速率，但随着锂化程度的增加，这种影响会逐渐减弱。在高电荷状态下，由于电荷排斥作用，Li从 LiC6 的人字形边缘跳转到块状位点的扩散时间较长。因此，在这一阶段有效控制锂的扩散动力学对于提高电荷率至关重要。
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图1. Li吸附的电荷密度差
总之，该工作利用第一性原理计算全面研究边缘 GIC 中锂浓度对锂嵌入的影响。对II期 (LiC12) 和I期 (LiC6) GIC中Li和Li空位的能量学和动力学进行了全面讨论，得出以下结论：首先，在 LiC12 中石墨烯片边缘附近的独特表面状态相对于原始石墨，其表面状态大大降低。此外，LiC12 和 LiC6 GIC 的锂化层中的 Li空位扩散预计与 LiC12 空层中的 Li 扩散具有相同的数量级。最后，可调节的层间距对 LiC12 中快速 Li空位扩散的扩散势垒有显着影响。
相反，LiC12 空层中层间距离的减小增加了扩散势垒并减慢了 Li 扩散。因此，在高锂化程度下，预计两个边缘对锂的吸收/释放的贡献相同，而在低锂化程度下，扶手椅边缘将占主导地位。
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图2. LiC12 GIC 空层中的 Li 扩散
Edge and lithium concentration effects on intercalation kinetics for graphite anodes，Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.11.036

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