【石墨电极】内部的异质性反应

清华大学教授团队和何向明教授团队EM发表文章：实时监测电流密度揭示石墨电极内部反应不均匀性的演变规律

Yan, Z.; Wang, L.; He, X. Unveiling the pattern and progression of reaction extent heterogeneity inside graphite electrodes through real-time monitoring of current density. Energy Mater. 2025, 5, 500087. http://dx.doi.org/10.20517/energymater.2024.271

文章巧妙地采用多层的多孔铜箔研究了石墨多层电极的异质性反应。（1）靠近隔膜的石墨电极表面优先反应，反应逐渐向内部进行。（2）表层嵌锂饱和后开始析锂，电流出现拐点；（3）表层析锂释放的容量弥补了多层电极内部未发挥出来的容量，从表观来看容量没有改变。（4）仅依靠总容量或平均电压无法真实反映电极内部状态，局部锂沉积可能在总SOC未满时已发生。

图1 由多层石墨电极组成的电池结构示意图。

多孔铜箔能够确保每层石墨的导电性，但是不同层的石墨电极的离子浓度和反应速率存在显著差异，这种现象被称为反应程度不均匀性。

图2 在0.05C放电期间，四层石墨电极的电流密度。在相对较低的循环速率下，靠近隔膜的电极（蓝线）首先反应且因离子浓度较高而反应更快。

表1 每层石墨极片的容量及总电极容量（单层石墨的理论容量为16.8mAh，标黄色的容量超出了理论值）

随着充电倍率的增加，锂沉积具有三个特征：（1）锂沉积仅发生在第1层。在0.1C、0.2C、0.33C和0.5C处，第1层释放的容量大于其理论容量16.8mAh，而其余层尚未达到理论容量。（2）随着第1层容量持续增加，沉积的锂量与倍率成正比。（3）即使析锂，电池总SOC仍不大于1。

Figure 3. (A-D) The comparison of current density and potential of layer 1 and layer 3 graphite electrodes during discharge at 0.1C, 0.2C, 0.33C, and 0.5C, respectively.

图3中比较了第1层和第3层石墨的电压，在0.1C、0.2C、0.33C和0.5C的倍率下，第1层的电压下降到0 V，说明第1层发生析锂。倍率越高，析锂潜力越大。第3层，以0.1C速率，它仍然能够形成LiC6，但随着倍率的持续增加，它只能形成LiC12，表明第3层有相当一部分石墨的容量仍未被全然利用。

附图1

图 石墨的初次嵌锂曲线

附图2

图 石墨的初次和第2次嵌锂曲线

欢迎随时联系我们，获取有关石墨电极市场的进一步信息。我们的团队致力于为您提供深度见解和根据您的需求量身定制的帮助。无论您对产品规格、市场趋势还是定价有何疑问，我们都会竭诚为您解答。