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Nano Lett.:利用冷冻透射电镜研究电化学沉积锂金属及其固体电解质界面结构尽管由于树状生长和低库仑效率(CE)几十年来已经削弱了其实际应用,锂金属至今被认为是可再充电电池最有价值的阳极材料之一。它的高化学反应性和低稳定性使得难以探索电化学沉积锂(EDLi)及其伴随的固体电解质界面(SEI)固有的化学和物理性质。为了防止树枝状生长和提高电化学可逆性,理解EDLi的纳米和介孔结构是至关重要的。然而,Li金属对光束损伤非常敏感,并且对于通常使用的表征技术如电子显微镜具有低对比度。 近日,加州大学圣迭戈分校Ying Shirley Meng(通讯作者)团队受到生物成像技术的启发,展示了冷冻电镜的功能,揭示了EDLi的详细结构和纳米级的SEI成分,同时使成像过程中的光束损伤最小。令人惊奇的是,结果表明成核主导的EDLi是无定形的,而SEI中存在一些结晶LiF。EDLi表现出独特的表面性质,这些结果凸显了SEI及其与CE关系的重要性。相关成果以题为“New Insights on the Structure of Electrochemically Deposited Lithium Metal and Its Solid Electrolyte Interphases via Cryogenic TEM”发表在了Nano Letters上。 图2 EDLi的TEM图像 (a-i)EDLi的TEM图像作为在300K(a-c,放大19k倍)和在100k(d-f,放大19k以及g-i,放大400k倍)的电子辐射剂量的函数 图3 Cryo-TEM区域放大图像及XRD比较分析 (a,b)Cryo-TEM图像(a)和使用常规碳酸盐电解质的的区域放大图像(b) (c)在300K和100K时Li金属粉末的XRD比较 (d-f)分别为(d)Li K-边缘,(e)O K-边缘和(f)F K-边缘的EELS谱比较
图4 FFT分析 (a-f)使用包含Cs+(a-c)和Zn2+(d-f)添加剂的电解质在400k倍放大下沉积的Li金属的Cryo-TEM图像(a,b,d,e)及其相应面积的FFT分析(c,f) 【小结】 该团队开发了一种新的利用冷冻电镜方法来探测电化学沉积锂金属(EDLi)的纳米结构和化学组成,同时将光束损伤最小化。通过冷冻透射电镜可以明确不同的电解质盐,溶剂,添加剂和浓度等因素对沉积锂金属纳米结构的影响,这些新见解可以引导电池界提出更有效的优化策略,使Li金属成为实用的阳极。 上一篇冷冻电镜的发展与技术原理下一篇cyro-TEM |