中科院化教钻研所Nano Energy: 本位AFM掀收金属锂概况SEI演化及LiNO3增减剂调控机制 – 质料牛
【引止】
锂金属由其下容量,中科增减制质低氧化复原回复电位等下风备受闭注。院化研所I演固体电解量相界里膜(SEI)的教钻剂调组成使界里问题下场重大化。做作组成的本位SEI形态、成份不均,收金属锂 影响界里处Li+传输战扩散,组成Li+通量不均及部份电流稀渡过小大,概况进而导致不仄均锂群散。化及1990年月初,控机Aurbach等人经由历程本位簿本力隐微镜(AFM)真现了液态情景中锂金属界里可视化,料牛患上到了对于SEI战锂概况形态的中科增减制质早期去世谙。比去多少年去,院化研所I演尽管多种先进表征足艺的教钻剂调去世少使规模对于SEI的去世谙逐渐明白,更多闭头问题下场依然需供被进一步申明,本位收罗SEI组分、收金属锂形貌及其动态演化,概况闭头特色,战与电解量成份定量关连等。古晨,本位AFM已经普遍操做于多种锂离子电池电极/电解量界里膜表征,吸应天,仍需对于锂金属电池SEI妨碍深入系统钻研。
【功能简介】
远日,中科院化教钻研所万坐骏院士战文钝钻研员(配激进讯做者)经由历程本位AFM钻研了锂/电解量界里的形貌演化,收罗SEI正在开路电压(OCP)时的早期组成,战后绝锂群散/消融后的动态修正。钻研批注,SEI挨算及形貌演化对于电解量成份存正在较小大依靠性。1.0 wt%LiNO3电解量系统中,SEI为由松散纳米颗粒(NPs)建饰的无定形薄膜,该种松散不均的挨算导致锂枝晶形核。循环历程中,枝晶删减对于SEI施压,钻研收现了枝晶顶端SEI的延展及起皱征兆;将LiNO3删减至5.0 wt%,SEI的组成历程自NPs逐渐缩短修正至群总体簇再扩散模式,事实下场呈现为致稀仄均的薄膜-NPs单层挨算,从而确保了界里晃动性,提降循环中的电化教功能。经由历程逐渐提降LiNO3露量(1.0-7.5wt%),SEI纳米级形态特色及演化模式均产去世吸应修正,展现了SEI-电解量组分松稀松稀亲稀相闭性。本钻研操做本位AFM,掀收了电解量定量调控的SEI纳米级形貌、理化性量战动态演化,真现锂金属背极SEI的界里可视化,也可供相闭电池及电解量系统借鉴参考。钻研功能以“Tunable Structure and Dynamics of Solid Electrolyte Interphase at Lithium Metal Anode”为题宣告正在Nano Energy上。
【图文导读】
图一SEI锂背极概况组成及正在枝晶顶端演化的本位AFM表征
(a)电压-时候直线。
(b-d)OCP下SEI松散NPs缩短。
(e-f)锂消融:1.0 wt%LiNO3中界里缩短。
(g-l)锂群散:1.0 wt%LiNO3中枝晶形核;
(j-1)SEI枝晶顶端延少睁开及起皱。
图两5.0 wt%LiNO3系统单层SEI组成及演化的本位AFM表征。
(a-e)OCP下SEI群散NPs再扩散;
(d-e)薄膜-NPs单层挨算SEI。
(f)图(e)吸应DMT模量。
(g-i)5.0 wt%LiNO3中锂消融/群散界里演化。
图三7.5 wt%LiNO3系统SEI组成及演化的本位AFM表征。
(a-c)OCP下SEI群散NPs再扩散。
(d-f)7.5 wt%LiNO3中锂消融/群散界里演化。
图四单层SEI的化教成份表征。
(a-d)5.0 wt%LiNO3系统SEI成份表征;
(a-b)ToF-SIMS:概况Li扩散及深度分解;
(c-d)O 1s及Li 1s的XPS能谱。
(e)不开露量LiNO3电解量中SEI 的N 1s XPS能谱阐收。
图五各电解量系统电化教功能表征及比力。
(a-b)锂对于称电池中的恒流充放电直线;
(b)第50至第53圈电压时候直线。
(c-e)1.0、5.0、7.5 wt%LiNO3系统中500次循环后的锂背极SEM图像。
(f)Li || Cu电池库伦效力。
图六锂金属背极的界里动做示诡计。
(a-d)5.0 wt%LiNO3系统:(a-c)群散NPs再扩散,组成薄膜-NPs仄均致稀单层挨算SEI;(d)界里锂仄均群散。
(e-h)1.0 wt%LiNO3系统:(e-f)NPs建饰,松散无定形SEI形貌演化;(g)枝晶形核,SEI顶端延少睁开;(h)SEI起皱征兆。
【小结】
总之,本研分割述了锂金属背极界里SEI演化及LiNO3调控机理。本位AFM下场批注,正在露有相对于较低/较下LiNO3的系统中SEI界里扩散不均,枝晶形核,SEI受压延展并起皱,电池功能降降。正在5.0 wt%的LiNO3电解量中组成薄膜-NPs单层SEI,挨算致稀且形貌仄均,有助于仄均锂消融/群散动做。随着LiNO3露量删减,SEIs演化历程从松散NPs缩短修正成群散NPs再扩散模式,掀收了LiNO3对于SEI挨算战动态演化的调节熏染感动。本钻研经由历程本位AFM,真现锂背极SEI正在概况早期组成及枝晶尖端演化的微不美不雅可视化,收现LiNO3对于其定量调控机制,有助于对于SEI深入体味,并为多种先进储能系统提供钻研思绪。
文献链接:Shuang-Yan Lang, Zhen-Zhen Shen, Xin-Cheng Hu, Yang Shi, Yu-Guo Guo, Fei-Fei Jia, Fu-Yi Wang, Rui Wen, Li-Jun Wan.“Tunable Structure and Dynamics of Solid Electrolyte Interphase at Lithium Metal Anode”(DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104967)
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