Электрохимическое литирование кремния с разной кристаллографической ориентацией

Для изучения анизотропии внедрения лития в кремниевые аноды литий-ионных аккумуляторов использовались микроструктуры в виде сетки с вертикальными стенками толщиной 0.5 мкм и пластины монокристаллического кремния, имеющие разную ориентацию. Электрохимическое литирование проводилось при комнатной температуре в гальваностатическом режиме. Исследовались зарядные кривые микроструктурных и плоских кремниевых анодов. С помощью вторичной ионной масс-спектрометрии определялось распределение внедренных атомов Li по глубине пластины. Для анализа экспериментальных данных использовалась двухфазная модель, согласно которой процесс литирования лимитируется скоростью продвижения фронта между аморфным сплавом с высоким содержанием Li и кристаллической кремниевой подложкой. Определено соотношение между скоростями внедрения лития в разные кристаллографические плоскости: (110), (111) и (100) $V_{110}:V_{111}:V_{100}$ = 3.1:1.1:1.0. Продемонстрировано, что микроструктурные аноды со стенками (110) имеют наиболее высокий циклический ресурс и при скорости заряда/разряда 0.36 С выдерживают $\sim$600 циклов.