In-situ nanoskala indsigt i udviklingen af ​​solide elektrolytinterfaseskaller

De grænseflade-nedbrydningsprodukter, der danner den såkaldte fast-elektrolyt-interfase (SEI) under den første opladning/afladning, bestemmer signifikant de elektrokemiske egenskaber for lithium (Li) batterier. Til dato, den dynamiske udvikling, kemiske sammensætninger, stabilitet og de påvirkende faktorer for SEI -film har fanget mange opmærksomhed.

Det bemærkes, at i modsætning til SEI -filmdannelsen på overfladen af ​​elektroder, en slags SEI-skal dannes normalt på det yderste lag af den aflejrede Li på stedet, når den nyligt deponerede Li kommer i kontakt med elektrolytten, som direkte kunne påvirke Li -nukleation, vækstadfærd og elektrokemiske egenskaber ved elektrode/elektrolytgrænsefladen.

Desuden, den kemiske/morfologiske ustabilitet af den på stedet dannede SEI-skal udgør udfordringer for in situ-karakteriseringer. Direkte registrering af den dynamiske udvikling af SEI -skallerne er afgørende for at fortolke deres indvirkning på anode/elelctrolyt -grænsefladen og batteriets ydeevne.

Den elektrokemiske atomkraftmikroskopi (EC-AFM) muliggør karakterisering af morfologiændringen i realtid, mekanisk modul og potentiale/strømfordeling ved elektrode/elektrolytgrænsefladen under arbejdsforhold, tilvejebringelse af en vigtig in-situ analysemetode med høj rumlig opløsning til at udforske den dynamiske udvikling af den on-site dannede SEI-skal på den deponerede Li.

For nylig, Prof. Li-Jun Wan og Prof. Rui Wen et al. give det simple visualiserede bevis på SEI-skallers udvikling under Li-aflejring/stripping for at afsløre anodeforringelse via in-situ EC-AFM.

Under Li -aflejring, de kvasi-sfæriske Li-partikler nukleterer og vokser på en Cu-elektrode. Efterfølgende, sammenbruddet af SEI -skallerne er tydeligt fanget med den kontinuerlige Li -stripping. Efterhånden som cyklen skrider frem, nye Li-forekomster er tilbøjelige til at renucleatere på deponeringsfrie websteder med højere elektrokemisk aktivitet. De friske SEI-skaller dannes på frisk deponerede Li, mens de originale SEI-skaller bevarer deres kollapsede morfologi i samme position. Alvorlig SEI -regenerering/kollaps sammen med elektrolytudtømning og øget grænsefladeimpedans tager et af ansvarene for nedbrydning af anoder.

Dette arbejde afslører grænsefladeudviklingen på nanoskala, giver dyb indsigt i den grundlæggende forståelse af SEI -egenskaber og styrer yderligere forbedringsstrategier for interface -designet i Li -batterier.