Understanding the Electro-Chemo-Mechanical Processes of Graphite/Si Composite Lithium-ion Battery Electrodes by Multimodal Operando Microscopy
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Le résumé fourni par la source
Understanding the structure–function relationship in complex energy materials requires advanced microscopy approaches capable of resolving three-dimensional microstructural evolution across multiple length scales and under realistic operating conditions. In this work, we present a multimodal, multiscale microscopy framework to investigate the dynamic electro-chemo-mechanical behaviour of graphite/µ-Si composite negative electrodes for lithium-ion batteries. The methodology combines operando optical microscopy with 4D synchrotron X-ray computed tomography, supported by DIC and DVC. This integrated workflow enables quantitative tracking of particle-scale deformation, crack initiation, porosity evolution, and electrode-level structural rearrangement during electrochemical cycling. High-resolution X-ray CT reveals heterogeneous lithiation-induced deformation within individual porous µ-Si particles, while optical microscopy provides rapid, large-area contextualisation and validation of mesoscale structural changes. Correlative analysis demonstrates that the internal pore topology of µ-Si particles plays a decisive role in governing mechanical response. One-dimensional tubular porosity promotes more isotropic strain accommodation and suppresses fracture, whereas planar pore morphologies lead to pronounced anisotropic deformation and crack localisation. Beyond particle behaviour, 4D imaging reveals unexpected electrode-scale phenomena, including current redistribution caused by silicon particle isolation and substantial densification of the carbon binder domain, accompanied by a marked reduction in nanoscale porosity. Building on these microscopy-derived insights, a layered electrode architecture is proposed to mitigate mechanical degradation and electrochemical polarisation. Multiscale multimodal microscopy framework to understand the battery degradation.
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Le contrôle bibliographique ouvert
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- Titre Crossref
- Understanding the Electro-Chemo-Mechanical Processes of Graphite/Si Composite Lithium-ion Battery Electrodes by Multimodal Operando Microscopy
- Date Crossref
- 01/07/2026
- Éditeur
- Oxford University Press (OUP)
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Queen Mary University of London pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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The London College pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University College London pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Science Oxford pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
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