AM:冷冻电镜直接观察锂负极SEI膜中稳定性差的Li2CO3

newbee

2021-04-26

一直以来，体心立方（BCC）相中的锂金属（LiBCC）因其高比容量（3860 mAh g^-1）和低氧化还原电势（-3.040 V vs. SHE）而被认为是最合适的锂离子电池负极材料。固体电解质中间相（SEI）的结构，化学，电子和机械性能在决定负极的稳定性方面起着至关重要的作用。SEI是伴随着电池循环而形成的钝化层，它覆盖负极表面并使电解质与负极产生电绝缘，并同时保持对Li⁺离子的导电性。聚阴离子化合物，例如锂碳酸盐Li₂CO₃和锂硫酸盐Li₂SO₄长期以来一直认为是SEI中直接接触LiBCC的组分，起着电子绝缘的作用。基于此，深圳南方科技大学谷猛，邓永红和麻省理工李巨教授等人使用冷冻透射电子显微镜实现了SEI相成分及其空间排列的直接原子成像。

文章要点

1）使用球差冷冻电镜拍摄了SEI的原子级图片，显示了锂金属负极上SEI成分的组成和确切分布。

2）HRTEM显示，Li₂O或过锂化的非晶相（LiO_x，LiC_x，Li_xS）始终能够保持Li₂CO₃和Li₂SO₄使其不与锂金属负极直接接触。添加剂和生成的Li₂SO₄晶体中的硫含量对于锂金属上的稳定SEI来说是至关重要的，这决定了电池的循环性能。

3）如果没有添加剂，外部SEI层中裸露的Li₂CO₃会与电解液持续反应，从而导致不良的循环性能。但是，添加含硫的DTD添加剂会产生大量的Li₂SO₄，它与过分堆积的Li₂O，无定形Li_xS和Li_xO一起将Li₂CO₃牢固地夹在中间，从而提高了SEI的粘度并延长了电池的寿命。

参考文献

Bing Han, et al. Poor Stability of Li2CO3 in the Solid Electrolyte Interphase of a Lithium‐Metal Anode Revealed by Cryo‐Electron Microscopy. Adv. Mater. 2021, 2100404.

DOI: 10.1002/adma.202100404

https://doi.org/10.1002/adma.202100404