锂金属电池材料的相关成像与分析指南
材料科学
2024-12-30 v1
摘要
为充分发挥锂金属电池的潜力，深入理解锂金属的反应性及其固体电解质界面（SEI）至关重要。将聚焦离子束和电子显微镜结合的相关成像为实现多尺度表征提供了强大的手段。然而，锂金属及其 SEI 的极端反应性为研究沉积和剥离机制带来了挑战。本文系统评估了锂金属在手套箱中储存稳定性，以及在电化学沉积前后的情况。随后，我们评估了不同 FIB 离子源对锂金属薄膜制备用于透射电子显微镜的影响。进一步，我们检查了冷冻 TEM 转移方法，优化以在样品处理期间实现最小化污染。与先前的假设相反，我们证明，即使在室温下，使用惰性气体转移且电子剂量超过 1000 e/A²/s，也可以对纯锂金属实现高分辨率成像，而不会引起显著可检测的损伤。相比之下，SEI 成分如 Li₂CO₃ 和 LiF 对电子束的灵敏度更高，在纳米/原子尺度成像方面需要冷却条件和精确的剂量控制。我们量化了这些 SEI 成分的电子剂量限制，以在辐照下跟踪其结构演变。基于这些发现，我们提出了一种 robust 的锂金属样品处理方案，从储存到原子级表征，最大限度地减少损伤和污染。本工作为更准确、可重复的研究提供了方法，加速了下一代锂金属电池的开发，确保在分析过程中保持原生材料特性。
引用
@article{arxiv.2412.19376,
title = {Guidelines for Correlative Imaging and Analysis of Reactive Lithium Metal Battery Materials},
author = {Shuang Bai and Zhao Liu and Diyi Cheng and Bingyu Lu and Nestor J. Zaluzec and Ganesh Raghavendran and Shen Wang and Thomas S. Marchese and Brandon van Leer and Letian Li and Lin Jiang and Adam Stokes and Joseph P. Cline and Rachel Osmundsen and Paul Barends and Alexander Bright and Minghao Zhang and Ying Shirley Meng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.19376},
year = {2024}
}
备注
31 pages, 6 figures