纳米电极中应力耦合的相界面迁移尺寸效应研究

【作者】 陆宇阳； 常力戈； 倪勇；

【机构】 中国科学技术大学工程科学学院近代力学系；

【摘要】 相变电极材料因理论容量高而受到广泛的关注,但是相变电极内会产生很大的应力,阻碍电池性能的提升。近年来,一些原位实验观察到相变电极在锂化过程中相界面移动出现变慢的现象,并且在尺寸越小的纳米电极颗粒中相界面迁移变慢得越严重。目前认为这种界面迁移慢化效应与电极内产生的应力和塑性变形有关,然而尺寸依赖的相界面迁移慢化效应的机理还不清楚。本文建立应力依赖的相界面迁移模型研究弹塑性相变电极内应力和浓度的演化规律,追踪两相界面的迁移过程,阐明塑性变形和表界面应力对界面迁移的影响。研究发现:在纳米尺度电极颗粒中相界面的迁移是受界面反应控制的,此时相界面迁移的速率由界面迁移驱动力决定。塑性变形和表界面应力引起电极内产生很大的压应力,降低了界面迁移的驱动力,进而阻碍了两相界面的移动。在越小尺寸的电极颗粒内,表界面应力产生的压应力更大,导致出现尺寸依赖的相界面迁移行为。更多还原