研究揭示全固態合金金屬電池的微觀機理

2021-01-08 科學網

研究揭示全固態合金金屬電池的微觀機理

作者：

小柯機器人

發布時間：2021/1/7 13:26:20

中科院化學研究所文銳團隊從調節均勻鋰沉澱和柔性固體電解質界面演變方面揭示了全固態合金金屬電池的微觀機理。相關成果於2020年12月31日發表在國際知名學術期刊《美國化學會志》。

與合金陽極相匹配的硫化物基固體電解質（SSEs）被認為是克服鋰（Li）陽極瓶頸的全固態電池（ASSBs）的理想選擇。然而，對SSE合金陽極上的動態電化學過程的理解仍然很難。

該文中，研究人員利用原位原子力顯微鏡揭示了鋰電極上鋰沉澱的塊狀形成和堆積行為，揭示了納米級鋰沉積/溶解的形態演化。此外，二維Li-indium（In）合金片層和In電極上的均勻固體電解質界面層揭示了合金陽極微觀調控的析出機制。柔性褶皺結構的SEI殼進一步實現了循環時的電極保護和內部Li容納，從而闡明了SEI殼對循環行為的功能影響。

這種對形態演化和動力學機制的原位跟蹤，有助於深入理解和優化合金基ASSBs。

附：英文原文

Title: Micromechanism in All-Solid-State Alloy-Metal Batteries: Regulating Homogeneous Lithium Precipitation and Flexible Solid Electrolyte Interphase Evolution

Author: Jing Wan, Yue-Xian Song, Wan-Ping Chen, Hui-Juan Guo, Yang Shi, Yu-Jie Guo, Ji-Lei Shi, Yu-Guo Guo, Fei-Fei Jia, Fu-Yi Wang, Rui Wen, Li-Jun Wan

Issue&Volume: December 31, 2020

Abstract: Sulfide-based solid-state electrolytes (SSEs) matched with alloy anodes are considered as promising candidates for application in all-solid-state batteries (ASSBs) to overcome the bottlenecks of the lithium (Li) anode. However, an understanding of the dynamic electrochemical processes on alloy anode in SSE is still elusive. Herein, in situ atomic force microscopy gives insights into the block-formation and stack-accumulation behaviors of Li precipitation on an Li electrode, uncovering the morphological evolution of nanoscale Li deposition/dissolution in ASSBs. Furthermore, two-dimensional Li–indium (In) alloy lamellae and the homogeneous solid electrolyte interphase (SEI) shell on the In electrode reveal the precipitation mechanism microscopically regulated by the alloy anode. The flexible and wrinkle-structure SEI shell further enables the electrode protection and inner Li accommodation upon cycles, elucidating the functional influences of SEI shell on the cycling behaviors. Such on-site tracking of the morphological evolution and dynamic mechanism provide an in-depth understanding and thus benefit the optimizations of alloy-based ASSBs.

DOI: 10.1021/jacs.0c10121

Source: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10121

 

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