快速電池充電協(xié)議的開發(fā)和優(yōu)化需要有關(guān)電池內(nèi)鋰形態(tài)的詳細信息。核磁共振（NMR）光譜具有識別在鋰離子電池運行期間在負極中形成的鋰相并量化其相對量的獨特能力。此外，鋰金屬膜和枝晶都很容易被檢測和定量。

圖1 該工作中顯示的原位核磁共振波譜分析的解釋

加拿大麥克馬斯特大學Gillian R. Goward等采用最近報道的平行板諧振器射頻（RF）探針和盒式單層全電池用于跟蹤硅電極在循環(huán)和快速充電過程中的行為。研究發(fā)現(xiàn)，在電化學循環(huán)過程中形成的Li_xSi化合物在慢速和快速充電過程中都表現(xiàn)出了意想不到的內(nèi)在非平衡行為，向著越來越無序的局部環(huán)境演化。

與純石墨的情況不同，其在恒流充電和放電過程中，鋰化相隨時間的演變是非線性的，并且充電和放電之間是不對稱的。

圖2 在C/20下第二次循環(huán)期間進行的原位⁷Li NMR表征

此外，研究顯示，當以1C、2C和3C的倍率充電時，鋰金屬以薄膜和（在較小程度上）枝晶的形式沉積在硅負極上。部分金屬鋰膜的形成是可逆的，但仍有一部分以死鋰的形式留在電極表面，而所有枝晶鋰，即使形成的數(shù)量少得多，也是完全不可逆的。這種性能調(diào)節(jié)特性對于鋰離子電池（LIB）快速充電協(xié)議的開發(fā)至關(guān)重要，而⁷Li磁共振策略可以很好地評估和量化這些特性。

圖3 CC?CV?OCV循環(huán)期間進行的原位⁷Li NMR測試

Quantitative Operando 7Li NMR Investigations of Silicon Anode Evolution during Fast Charging and Extended Cycling. Journal of the American Chemical Society 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c07339