孟颖Joule：冷冻电镜揭示金属锂与LiPON固体电解质界面的稳定性

Nanoyu

2020-09-15

对于可充电电池来说，固体电解质界面膜(SEI)一向被认为是电池中最关键的却是最神秘的部分，尤其是在全固态电池（ASSB）中。这方面研究的不足导致研究人员至今无法解释为何一些特定的固态电解质例如非晶态的锂磷氧氮化合物（LiPON）可以与金属锂负极表现出惊人的稳定性。

近日，加州大学圣地亚哥分校孟颖教授，王雪锋报道了结合冷冻聚焦离子束（cryo-FIB）和冷冻电镜（cryo-EM）来研究固态电池界面SEI组成及演化机理。

文章要点

1）研究人员通过使用cryo-FIB和cryo-EM，成功地保护并研究了锂金属/LiPON界面。研究发现，在金属锂中存在氮(N)和磷(P)浓度梯度，以及由嵌入在非晶态基质中的结晶分解产物组成的，约80 nm厚的金属锂/LiPON跨界面相。随后通过XPS深度剖面结果证实，其SEI组分为Li₂O、Li₃N和Li₃PO₄，并具有独特的多层镶嵌分布。

2）基于这些观察结果，研究人员提出了一个多层马赛克（multilayer-mosaic）SEI模型。与最先进的有机液体电解质中常见的SEI相比，这种独特的SEI纳米结构小于80 nm，并且稳定且不含任何有机含锂物质或氟化锂成分。

研究发现提供了对此类SEIs的纳米结构和化学的见解，这些SEIs是锂金属电池中稳定锂金属负极的关键成分。

Cheng et al., Unveiling the Stable Nature of the Solid Electrolyte Interphase between Lithium Metal and LiPON via Cryogenic Electron Microscopy, Joule (2020)

DOI：10.1016/j.joule.2020.08.013

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.08.013