青材講壇第1期：原位X射線反射研究硅電極鋰化過程

報告標題

原位X射線反射研究硅電極鋰化過程

報告摘要

X射線反射(XRR)是一種對表面和界面敏感的技術，在研究薄膜材料中有重要應用。由于硬X射線可以穿透>3mm厚的電解液，所以XRR技術可以實現不用儀器直接接觸樣品的非破壞性測量。在電化學反應中，通過XRR可以原位測量電池內部的電極和電極表面的固體電解質界面膜(Solid electrolyte interphase, SEI)。報告的第一部分簡單介紹XRR的原理及XRR在一些文獻中的應用；第二部分將介紹用XRR技術研究鋰電池硅電極的反應機理。

硅(Si)作為鋰離子電池的一種新型負極材料，容量是石墨電極的十倍以上。為了更好地理解硅電極的鋰化機理，和硅電極表面 SEI膜的性質，我們設計組裝了能夠用于同步輻射XRR原位測試的硅電極電池，測試了100-Si單晶硅片的第一個鋰化周期。硅片鋰化時，在表面會生成硅化鋰(LixSi)和SEI膜，測量XRR并進行數據擬合能夠得到LixSi和SEI膜的厚度、電子密度和粗糙度。通過分析硅化鋰和SEI膜在鋰化過程中的演化，我們提出了硅電極的結構變化模型 ，并得出在我們的實驗條件下(恒流，25μA/cm2)，晶體硅的鋰化是受到反應速率限制的逐層反應過程。

這項工作提出了硅電極鋰化的詳細機理模型，實現了對SEI膜的非破壞性原位測量；并證實了用XRR技術進行電池電極材料原位研究的可行性。

報告嘉賓

曹春田，斯坦福材料科學與工程博士在讀。在斯坦福大學直線加速中心用同步輻射X射線反射和表面X射線散射技術研究鋰電池電極材料和固體電解質界面膜。愿與各科研愛好者合作交流。

報告時間

2018年1月25日10：00—10：40

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