电极材料储锂行为及其机制的原位透射电镜研究进展

作     者：柯承志 肖本胜 李苗 陆敬予 何洋 张力 张桥保 KE Chengzhi;XIAO Bensheng;LI Miao;LU Jingyu;HE Yang;ZHANG Li;ZHANG Qiaobao

作者机构：厦门大学材料学院福建厦门361005 厦门大学化学化工学院福建厦门361005 哈尔滨工业大学(深圳)理学院广东深圳518055 北京科技大学北京市材料基因工程高精尖创新中心北京100083 

出 版 物：《储能科学与技术》 (Energy Storage Science and Technology)

年 卷 期：2021年第10卷第4期

页      面：1219-1236页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52072323,21935009) 福建省科技厅引导性项目(2018H0034)。 

主　　题：电极材料 储锂行为 储锂机制 原位透射电镜 锂离子电池 

摘      要：锂离子在体相电极材料中的输运、反应、储存所引发的电子和晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的动态演变与锂离子电池的电化学性能息息相关。从纳米甚至原子尺度上阐明电极在电化学过程中的微观结构、形貌、物相和化学成分的动态演化行为,对理解电极材料基本物理化学特性及其动态演化与电池宏观电化学性能间的构效关系至关重要;这需要借助清晰、精确的先进原位表征手段。在现有各类原位表征技术中,原位透射电镜(TEM)由于其超高的空间和时间分辨率,具有实时、动态监测电极材料在工况下结构、形貌、物相以及表/界面处原子级结构和成分变化的独特优势,是开展上述研究最具代表性的一种重要表征手段;可对电极材料微观动态演变行为和反应机理等进行精确表述,进而为高性能电极材料的构筑与性能调控提供微观依据和创新思路。本文总结归纳了当前采用原位TEM表征技术解析锂离子电池关键电极材料在充放电过程中的微观动态演变规律与失效机制的重要研究进展,包括多种正极材料和高比容量负极材料的原位TEM研究,重点是它们在电化学过程中微观结构、化学成分与物相动态演变等信息。此外,本文对原位TEM表征技术当前存在的问题,以及借助原位TEM技术研究二次电池的未来发展方向进行了展望和思考。