Small:原位TEM研究固態鋰硫電池在高溫下的充放電行為

2020-12-07 澤攸科技

目前，學界對於鋰硫(Li-S)電池運行過程中硫化鋰的結構演變規律的研究還不充分。究竟是鋰的低電子電導率還是低離子電導率抑制了充電過程中硫化鋰的分解，目前還存在爭議。此外，硫化鋰的分解途徑也不清楚。

近日，燕山大學黃建宇、唐永福和張利強課題組針對上述難題，結合澤攸科技PicoFemto原位MST多場樣品杆對高溫下硫化鋰的析出和分解進行原位研究。結果表明，隨著室溫下鋰化過程的進行，硫化鋰從非晶態/納米晶轉變為多晶態，高溫下硫化鋰的析出比室溫下更完整。此外,研究還發現鋰離子在固態鋰電池中的擴散是可逆的。這項工作實現了一種在高溫下原位觀測鋰硫電池鋰化行為的新方法。相關研究成果以「In Situ TEM Observations of Discharging/Charging of Solid-State Lithium-Sulfur Batteries at High Temperatures」為題發表在《Small》上。DOI: 10.1002/smll.202001899

圖：實驗方法

實驗平臺搭建:該鋰硫納米電池由一個S@CNT納米陰極和一個鍍鋰金屬陽極組成。S@CNTs被粘附到尖端扁平的鋁棒上，金屬鋰被塗在另一端。鋁棒被安置在PicoFemto原位MST多場樣品杆的三維操縱端，通過機械位移準確觸碰MEMS加熱晶片上的加熱區，從而完成整個納米電池的構建。實驗中，機械操縱端、納米電池、MEMS晶片形成閉合迴路，實現電池的原位充放電研究。同時，MEMS晶片還可以對電池進行高溫加熱，以研究鋰硫電池在高溫下的充放電行為。

圖：原位TEM觀測充放電

圖：不同溫度下的原位TEM充放電研究

圖：理論模型

圖：實驗中使用的原位樣品杆

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