通过合金化反应储能的材料比目前的石墨负极具有更高的能量密度，是二次锂离子电池(LIB)中很有前途的负极候选材料。迄今为止，这种电极颗粒在锂化过程中的体积膨胀被认为是循环导致的结构失效的唯一原因。

近日，美国阿贡国家实验室陆俊教授，伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar，Vitaliy Yurkiv报道了使用单晶铋纳米线作为合金化基负极的不同结构失效机制。

文章要点

1）研究发现，Li−Bi合金化过程经历了两步转变，即Bi−Li₁Bi和Li₁Bi−Li₃Bi。有趣的是，Bi−Li₁Bi相变不仅发生在块体Bi纳米线中，而且发生在颗粒表面，表现出其特有的行为。

2）研究人员发现，块体合金化动力学有利于Bi-(012)促进的各向异性锂化，并通过密度泛函理论计算对其机理和能量进行了进一步研究。更重要的是，各向异性Li−Bi合金化导致的Li₁Bi纳米颗粒突起主导了Bi颗粒的表面形貌。

3）研究人员通过两种不同的控制机制，即Bi/Li₁Bi界面位错辅助的应变弛豫和支持Li₁Bi脱铋生长的Bi的短程迁移，从原子上阐明了Li₁Bi突起的生长动力学。基于松散地扎根于主体衬底并且容易剥离并分离到电解液中，这些在电池循环过程中形成的纳米级突起被认为是导致这种合金化负极在电极水平上容量衰减的一个重要因素。

Yifei Yuan, et al, Beyond Volume Variation: Anisotropic and Protrusive Lithiation in Bismuth Nanowire, ACS Nano

DOI: 10.1021/acsnano.0c06597

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c06597