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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