低剂量冷冻电镜揭示锂金属负极的保形三维界面相
材料科学
2021-06-17 v1 图像与视频处理
摘要
利用冷冻透射电子显微镜，我们揭示了电化学沉积锂（Li）薄片及其固体电解质界面相（SEI）的三维（3D）结构细节，包括复合 SEI 表皮层以及埋于锂基体内部的 SEI 化石碎片。由于 SEI 表皮层主要由非晶聚合物基体中的纳米晶 LiF 和 Li2O 构成，当发生完全锂剥离时，受损的 SEI 三维框架发生屈曲，形成纳米尺度的弯曲与褶皱。我们表明，SEI 表皮层的柔韧性与回弹性在锂剥离后保持完整 SEI 3D 框架方面起着至关重要的作用。完整的 SEI 网络使得在后续循环中 newly plated Li 能在先前形成的 SEI 网络内部成核与生长，从而防止新沉积锂金属与电解质之间额外大量 SEI 的形成。此外，在精确控制的单轴压力下循环的电池可进一步增强 SEI 框架的重复利用，并将库仑效率（CE）提升至高达 97%，展示了一种减少额外 SEI 与惰性死锂形成的有效策略。此类柔韧多孔 3D SEI 框架的辨识阐明了电池中锂金属负极 SEI 的工作机制。本工作所提供的见解将启发研究者在其他金属负极上设计更具功能性的人工 3D SEI，以改进具有长循环寿命的可充电金属电池。
引用
@article{arxiv.2106.08754,
title = {Conformal Three-Dimensional Interphase of Li Metal Anode Revealed by Low Dose Cryo-Electron Microscopy},
author = {Bing Han and Xiangyan Li and Shuang Bai and Yucheng Zou and Bingyu Lu and Minghao Zhang and Xiaomin Ma and Zhi Chang and Ying Shirley Meng and Meng Gu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.08754},
year = {2021}
}