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九州现金:科研进展| 告别寒冬,锂枝晶微结构之花室温绽放

时间:2022-04-11浏览:10设置


      近日,九州现金九州现金于奕课题组成功实现锂电池中锂枝晶的室温电子显微结构表征。该研究工作以“Microstructure of Lithium Dendrites Revealed by Room-Temperature Electron Microscopy”为题发表在《美国化学会志》
Journal of the American Chemical Society,JACS),期刊还发表了题为“A Room-Temperature View of a Main Cause of Lithium Ion Battery Failure”的研究亮点JACS spotlights),对该工作给予重点评论。


锂电池电化学循环过程中不可控的枝晶生长严重阻碍了锂金属负极的规模化应用,枝晶穿刺短路也是引发电池安全问题的重要原因。研究锂枝晶的微观结构是理解和调控枝晶生长的前提。由于金属锂对空气、水蒸气以及电子束辐照敏感的特性,如何将电池中的锂枝晶转移进入显微镜、并在电子束辐照下实现原子尺度成像一直是微观结构表征领域研究中的一个难题。利用低温冷冻转移并在低温下进行电子显微成像是之前唯一能够表征锂枝晶原子结构的方法,而人们还未曾实现室温条件下锂枝晶的电子显微结构表征。

于奕课题组利用近年来在低剂量像差校正电子显微成像解析辐照敏感材料原子结构方面的技术经验积累,课题组与长期从事锂离子电池研究的刘巍课题组通力合作,在室温下分别利用真空转移和惰性气体保护转移两种方法实现了锂枝晶从电池到电子显微镜的转移,并利用低剂量像差校正电子显微技术成功实现了室温下锂枝晶的原子尺度结构表征。该研究总结了现有低温电子显微表征参数,将其与室温成像条件进行对比,系统讨论了两种成像条件的优缺点。研究还以锂枝晶的三维形貌重构为例,展示了室温成像在多功能表征上的灵活性。

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图| 锂枝晶的显微样品制备、转移以及室温下的原子成像


借助于上述技术,团队对锂枝晶的沉积/溶解过程中的结构科学问题进行研究,揭示了电化学循环过程中固态电解质界面相成份的动态变化、枝晶的横向生长行为以及两种不同类型非活性锂的出现等现象,进一步丰富了纳米尺度下对于锂枝晶结构-性能关系的理解。上述技术有望为理解室温条件下锂电池的关键失效机理做出贡献。


    在本项工作中,于奕课题组2021级博士研究生翟文博为论文第一作者,刘巍教授和于奕教授为共同通讯作者,九州现金为唯一完成单位。马延航教授课题组参与该研究工作,本项目中电子显微研究工作的开展得到了物质学院电镜中心主任Osamu Terasaki教授的鼓励和支持,该研究工作得到了九州现金研究启动经费和上海市高分辨电子显微学重点实验室的支持。


论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13213

JACS spotlights 研究亮点链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02527 



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