2 Fragen zu Delithiierung

Der Lithiumstrom von der Graphitphase in die Siliziumphase zu Beginn der Delithiierung in Silizium-Graphit-Blendelektroden ist auf die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften und die Struktur der beiden Materialien zurückzuführen. Silizium hat eine hohe Lithiumaufnahmefähigkeit und kann während des Ladeprozesses Lithiumionen in seine Struktur einlagern. Wenn die Delithiierung beginnt, also wenn die Batterie entladen wird, neigen die Lithiumionen dazu, von der Graphitphase, wo sie während des Ladevorgangs gespeichert wurden, in die Siliziumphase zu diffundieren. Dies geschieht, weil Silizium eine höhere Affinität zu Lithium hat und die energetischen Bedingungen für den Transport der Lithiumionen in die Siliziumphase günstiger sind. Zusätzlich kann die Struktur des Siliziums, die sich während des Lade- und Entladeprozesses verändert, dazu führen, dass die Lithiumionen leichter in die Siliziummatrix eindringen können. Diese Bewegung ist auch durch die elektrochemischen Potentialunterschiede zwischen den beiden Materialien beeinflusst, was den Lithiumstrom weiter begünstigt. Insgesamt ist dieser Prozess ein komplexes Zusammenspiel von Materialeigenschaften, elektrochemischen Potentialen und der Struktur der Materialien während der Lade- und Entladezyklen.

Silizium-Anoden in Lithium-Ionen-Batterien werden oft unvollständig delithiiert, weil Silizium eine sehr hohe Kapazität zur Aufnahme von Lithium-Ionen hat, was zu erheblichen Volumenänderungen während des Lade- und Entladezyklus führt. Diese Volumenänderungen können mechanische Spannungen und Risse in der Anode verursachen, was die strukturelle Integrität des Materials beeinträchtigt und die vollständige Entfernung von Lithium-Ionen erschwert. Ein weiterer Grund ist die Bildung einer stabilen Festkörperelektrolyt-Grenzfläche (SEI) auf der Anodenoberfläche. Diese SEI-Schicht kann das Eindringen und Austreten von Lithium-Ionen behindern, was ebenfalls zu einer unvollständigen Delithiation führt. Zusammengefasst sind die Hauptgründe für die unvollständige Delithiation von Silizium-Anoden: 1. Mechanische Spannungen und Risse durch Volumenänderungen. 2. Bildung und Wachstum der SEI-Schicht. Diese Faktoren führen dazu, dass nicht alle Lithium-Ionen während des Entladevorgangs aus der Anode entfernt werden können.