Nano Lett.：利用冷冻透射电镜研究电化学沉积锂金属及其固体电解质界面结构

【背景介绍】

尽管由于树状生长和低库仑效率（CE）几十年来已经削弱了其实际应用，锂金属至今被认为是可再充电电池最有价值的阳极材料之一。它的高化学反应性和低稳定性使得难以探索电化学沉积锂（EDLi）及其伴随的固体电解质界面（SEI）固有的化学和物理性质。为了防止树枝状生长和提高电化学可逆性，理解EDLi的纳米和介孔结构是至关重要的。然而，Li金属对光束损伤非常敏感，并且对于通常使用的表征技术如电子显微镜具有低对比度。

【成果简介】

近日，加州大学圣迭戈分校Ying Shirley Meng（通讯作者）团队受到生物成像技术的启发，展示了冷冻电镜的功能，揭示了EDLi的详细结构和纳米级的SEI成分，同时使成像过程中的光束损伤最小。令人惊奇的是，结果表明成核主导的EDLi是无定形的，而SEI中存在一些结晶LiF。EDLi表现出独特的表面性质，这些结果凸显了SEI及其与CE关系的重要性。相关成果以题为“New Insights on the Structure of Electrochemically Deposited Lithium Metal and Its Solid Electrolyte Interphases via Cryogenic TEM”发表在了Nano Letters上。

【图文导读】

图1 TEM观测

（a）EDLi的细胞构造

（b）EDLi的低温TEM成像

图2 EDLi的TEM图像

（a-i）EDLi的TEM图像作为在300K（a-c，放大19k倍）和在100k（d-f，放大19k以及g-i，放大400k倍）的电子辐射剂量的函数

图3 Cryo-TEM区域放大图像及XRD比较分析

（a，b）Cryo-TEM图像（a）和使用常规碳酸盐电解质的的区域放大图像（b）

（c）在300K和100K时Li金属粉末的XRD比较

（d-f）分别为（d）Li K-边缘，（e）O K-边缘和（f）F K-边缘的EELS谱比较

图4 FFT分析

（a-f）使用包含Cs⁺（a-c）和Zn²⁺（d-f）添加剂的电解质在400k倍放大下沉积的Li金属的Cryo-TEM图像（a，b，d，e）及其相应面积的FFT分析（c，f）

【小结】

该团队开发了一种新的利用冷冻电镜方法来探测电化学沉积锂金属（EDLi）的纳米结构和化学组成，同时将光束损伤最小化。通过冷冻透射电镜可以明确不同的电解质盐，溶剂，添加剂和浓度等因素对沉积锂金属纳米结构的影响，这些新见解可以引导电池界提出更有效的优化策略，使Li金属成为实用的阳极。

文献链接：New Insights on the Structure of Electrochemically Deposited Lithium Metal and Its Solid Electrolyte Interphases via Cryogenic TEM（Nano Lett,2017, DOI:10.1021/acs.nanolett.7b03606）

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