崔屹/鲍哲南Nature Energy：冷冻电镜再立奇功！

可充电锂金属电池(LMBs)具有优异的负极容量和低氧化还原电位(3860 mAhg⁻¹，−3.04 V vs. SHE)，能够满足更高能量密度电池的需求。LMBs的广泛采用要求锂负极在多次循环(即具有较长的循环寿命)和开路存储周期(即具有较长的日历寿命，calendar life)后仍然保持容量。

近年来，利用低温透射电子显微镜(cryo-TEM)等技术对Li进行纳米表征，一些策略已经改善了锂金属阳极的循环寿命。然而，锂金属阳极的测试往往忽略了日历老化，即使电解质很大程度上影响电池性能。先前的研究表明，不完全的钝化和集流体在电解液中的大面积暴露会导致Li在日历老化期间的电腐蚀。对于化学腐蚀，即在锂金属表面的固体电解质界面(SEI)生长和电解质化学如何影响锂金属阳极的日历老化，我们知之甚少。

斯坦福大学崔屹和鲍哲南教授在Nature Energy发表文章来解释了日历老化过程中锂腐蚀的现象，并用冷冻电镜来表征老化后的锂负极。这项工作量化了日历老化对锂金属阳极在各种电解质中的可充电性的影响。对于高CE（库伦效率）和低CE电解质，金属锂在24小时的日历老化过程中通常会丧失2-3%的容量。Li-SEI界面的直观观察表明，SEI通过化学腐蚀的持续增长导致了这些容量的损失。这种SEI在日历老化过程中的增长是普遍的，尽管人们普遍认为Li抗高CE电解质的腐蚀。

每种电解质都形成一种独特的SEI化学成分，但作者观察到两种一般类型的SEI结构。一种是在老化之前形成的紧凑的、薄膜状的无机SEI，另一种是老化之后形成的延伸性的、不规则的有机SEI。容量损失的大小与SEI的生长速率和Li在每种电解质中的表面积有关。高CE电解质有效地减少了Li的表面积，但它们不一定减少SEI的增长速度。

未来的电解质必须同时减少腐蚀和表面积。此外，还应将工作重点放在重复利用之前循环中已有的SEI，以尽量减少日历老化对锂金属电池循环寿命的影响。

图1. 老化对锂金属阳极CE的影响

崔屹/鲍哲南Nature Energy：冷冻电镜再立奇功！

图2. 在低和高CE电解液中历老化过程中Li金属上SEI的生长

崔屹/鲍哲南Nature Energy：冷冻电镜再立奇功！

图3. 电解液电沉积金属锂的界面电阻与微观结构随时间的变化

崔屹/鲍哲南Nature Energy：冷冻电镜再立奇功！

图4. 日历老化对无阳极全电池循环寿命的影响

崔屹/鲍哲南Nature Energy：冷冻电镜再立奇功！

图5. 液体电解质中SEI的生长速率、Li的表面积(SA)与Li金属阳极容量损失之间的关系示意图

链接

Boyle, D.T., Huang, W., Wang, H. et al. Corrosion of lithium metal anodes during calendar ageing and its microscopic origins. Nat. Energy (2021).

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00787-9

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/16/3e528d395e/

崔屹/鲍哲南Nature Energy：冷冻电镜再立奇功！

相关推荐

发表回复