Nano Lett.：利用冷凍透射電鏡研究電化學(xué)沉積鋰金屬及其固體電解質(zhì)界面結構

　　盡管由于樹(shù)狀生長(cháng)和低庫侖效率（CE）幾十年來(lái)已經(jīng)削弱了其實(shí)際應用，鋰金屬至今被認為是可再充電電池最有價(jià)值的陽(yáng)極材料之一。它的高化學(xué)反應性和低穩定性使得難以探索電化學(xué)沉積鋰（EDLi）及其伴隨的固體電解質(zhì)界面（SEI）固有的化學(xué)和物理性質(zhì)。為了防止樹(shù)枝狀生長(cháng)和提高電化學(xué)可逆性，理解EDLi的納米和介孔結構是至關(guān)重要的。然而，Li金屬對光束損傷非常敏感，并且對于通常使用的表征技術(shù)如電子顯微鏡具有低對比度。

　　近日，加州大學(xué)圣迭戈分校Ying Shirley Meng（通訊作者）團隊受到生物成像技術(shù)的啟發(fā)，展示了冷凍電鏡的功能，揭示了EDLi的詳細結構和納米級的SEI成分，同時(shí)使成像過(guò)程中的光束損傷最小。令人驚奇的是，結果表明成核主導的EDLi是無(wú)定形的，而SEI中存在一些結晶LiF。EDLi表現出獨特的表面性質(zhì)，這些結果凸顯了SEI及其與CE關(guān)系的重要性。相關(guān)成果以題為“New Insights on the Structure of Electrochemically Deposited Lithium Metal and Its Solid Electrolyte Interphases via Cryogenic TEM”發(fā)表在了Nano Letters上。

　　圖2 EDLi的TEM圖像

　�。╝-i）EDLi的TEM圖像作為在300K（a-c，放大19k倍）和在100k（d-f，放大19k以及g-i，放大400k倍）的電子輻射劑量的函數

　　圖3 Cryo-TEM區域放大圖像及XRD比較分析

　�。╝，b）Cryo-TEM圖像（a）和使用常規碳酸鹽電解質(zhì)的的區域放大圖像（b）

　�。╟）在300K和100K時(shí)Li金屬粉末的XRD比較

　�。╠-f）分別為（d）Li K-邊緣，（e）O K-邊緣和（f）F K-邊緣的EELS譜比較

圖4 FFT分析

　�。╝-f）使用包含Cs+（a-c）和Zn2+（d-f）添加劑的電解質(zhì)在400k倍放大下沉積的Li金屬的Cryo-TEM圖像（a，b，d，e）及其相應面積的FFT分析（c，f）

　　【小結】

　　該團隊開(kāi)發(fā)了一種新的利用冷凍電鏡方法來(lái)探測電化學(xué)沉積鋰金屬（EDLi）的納米結構和化學(xué)組成，同時(shí)將光束損傷最小化。通過(guò)冷凍透射電鏡可以明確不同的電解質(zhì)鹽，溶劑，添加劑和濃度等因素對沉積鋰金屬納米結構的影響，這些新見(jiàn)解可以引導電池界提出更有效的優(yōu)化策略，使Li金屬成為實(shí)用的陽(yáng)極。