Les batteries au lithium-ion depuis que l'invention est entrée dans le domaine de nos vies, notre vie moderne a eu un impact profond. Batteries liquides principalement par la cathode, l'anode et l'électrolyte et d'autres composants clés dans le processus de charge, Li À partir de l'électrode positive, à travers l'électrolyte étendu à la surface négative, et incorporé dans la structure cristalline négative, le processus de décharge est tout le contraire. Bien que la batterie au lithium-ion après des années de développement, continue de faire face à de nombreux défis, comme la dendrite au lithium négatif Les problèmes, la stabilité thermique des problèmes positifs, y compris l'émergence récente de toutes les batteries au lithium-métal à semi-conducteurs, des piles au lithium-ion à couche mince dans l'utilisation du procédé font face à une variété de problèmes, mais parce que la batterie au lithium-ion est un système fermé, Nous ne disposons pas de solides outils de recherche sur le mécanisme de ces problèmes dans les batteries au lithium-ion, donc nous savons plus sur ces problèmes que de rester sur la base de la recherche théorique, ces dernières années, la technologie de détection in situ pour notre recherche Batteries au lithium-ion dans le mécanisme de ces problèmes pour ouvrir une nouvelle fenêtre.
La microscopie électronique à transmission in situ (TEM) est un outil puissant pour étudier le mécanisme de réaction interne des batteries au lithium-ion ces dernières années, en particulier pour la structure des matériaux positifs et négatifs, la stabilité thermique et la stabilité de l'interface électrode et électrolyte. Le
En général, Li + dans le mécanisme de stockage de la batterie au lithium-ion est divisé en trois catégories: 1) incorporé; 2) l'alliage; 3) la réaction de conversion. La réaction d'induction, se réfère principalement au Li + incorporé dans la matière active, L'alliage Li-A est directement réagi avec l'élément métallique A (tel que Si, Ge, Sn, etc.), et la réaction de conversion se réfère à Li et le composé binaire MX (M se réfère principalement au composé Est-ce que l'élément de métal de transition Fe, Co, Cu, etc., X est principalement S, O, F et autres éléments) pour produire MO et LiX. Trois types de mécanismes de réaction sont différents, de sorte que le matériau actif est également très différent, microscopie électronique à transmission par voie in situ Peut nous aider à mieux comprendre le mécanisme des trois réactions ci-dessus.
Pour la réaction intégrée, idéalement, lorsque Li + est incorporé dans le matériau du matériau actif, la structure du matériau ne doit pas changer de manière significative, mais en pratique, le matériau de la cathode a tendance à provoquer une localisation La structure de l'instabilité, provoquant une effondrement de la structure, entraînant une baisse rapide de la capacité de MnO 2Par exemple, MnO 2Il existe un canal de diffusion Li + unidimensionnel à l'intérieur, et l'existence de l'effet John-Teller provoque une expansion de volume inégale dans le processus d'intercalation, ce qui entraîne une instabilité structurelle. Cette expansion inégale réduit MnO 2Dans l'utilisation réelle de la capacité de jeu.
Nous sommes communs LiFePO 4Les études sur la luminescence in situ ont révélé qu'il existe de nombreuses limites dissoutes ou à deux phases (LFP / FP) dans des matériaux LFP partiellement intercalés, ce qui conduit à LFP (LFP) La détérioration de la performance du cycle, qui consiste à améliorer les performances des matériaux LFP, doit faire attention au problème.
La réaction d'alliage la plus courante est l'électrode Si négative, grâce à la réaction d'alliage de Li et de Si, peut avoir une capacité de 4200mAh / g, mais le matériau de silicium est également confronté à un dopage en poudre et à un déclin de la capacité et à d'autres problèmes. Microscopie électronique à transmission in situ Nous avons une bonne raison de révéler le mécanisme de défaillance du matériau de Si, ce qui se traduit par un mécanisme de défaillance de matériau Si incluant des matériaux amorphes induits par le lithium, des matériaux cassés, une intercalation autonome de lithium, une intercalation inégale d'intercalation lithium et interfaciale au lithium, Ces résultats fournissent une nouvelle idée pour la conception d'électrodes négatives d'alliage à haute stabilité. Grâce à la modification de surface et à la technologie nanométrique, la stabilité structurelle et le taux de rétention de capacité de l'anode en alliage de Si ont été considérablement améliorés.
4.4Li ++ 4.4e- + Si = Li4.4Si
Les oxydes métalliques de transition, les matériaux sulfureux MX (tels que MoS2, etc.) émergent également des matériaux d'électrodes négatives à haute capacité ces dernières années, mais le LiX produit par une réaction d'intercalation a une forte réactivité, ce qui conduit à des réactions hétérogènes, ce qui peut entraîner une faible efficacité Et la tension de polarisation est grande et la capacité diminue et ainsi de suite, ce qui entrave son application. On montre que le mécanisme d'intercalation de la microscopie électronique à transformation in situ de matériel MX montre que les nanoparticules de l'élément métallique de transition M se formeront dans le processus d'intercalation, Dans le processus de réaction inverse, les nanoparticules M ne peuvent souvent pas être oxydées à l'état de valence initial, ce qui a également donné lieu à un matériau MX pour la première fois. L'efficacité de Kurun est très faible. En même temps, dans le processus répété de lithium et de lithium, Résultant du déclin continu de la capacité du matériel.
La modification composite et structurelle du matériau est une méthode efficace pour améliorer la performance du matériau de l'électrode actuellement, mais nous n'avons pas étudié le mécanisme du matériau de l'électrode, et la microscopie électronique à transmission par voie in situ a fourni un mécanisme très puissant pour étudier le mécanisme de ces méthodes de modification L'outil.
Par exemple, la technologie des composites Si-C est une technique couramment utilisée pour la préparation de matériaux de Si à haute performance. L'étude de la microscopie électronique à transmission in situ (TEM) montre que le mécanisme de cette méthode est principalement composé de deux: d'abord, le matériau composite peut supprimer le volume de Si L'expansion, pour maintenir la stabilité du film SEI, suivie de matériaux composites pour la diffusion e- / Li + fournit un meilleur canal de diffusion.
Avec l'amélioration continue de la densité d'énergie des batteries au lithium-ion, la stabilité thermique est devenue l'objet de notre attention, en particulier la batterie d'alimentation, la stabilité thermique pour la sécurité de la batterie a un impact intuitif et important, de sorte que le mécanisme de défaillance thermique des matériaux d'électrode La recherche est particulièrement importante.
En prenant la NCA commune (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2) à titre d'exemple, on a constaté que lorsqu'elle était chauffée à 450 ℃, la structure cristalline du matériau passait de la structure lamellaire à la roche salée et la surface des particules apparaissait Libération O microporeuse et active, d'autres études ont montré que la libération d'O actif est principalement due à la réduction de Ni, ce qui entraîne une diminution de la stabilité des éléments Mn et Co.
Le problème de l'interface est un problème important qui limite les performances électrochimiques et les performances de sécurité des batteries au lithium-ion. La microscopie électronique à transmission par satellite (TEM) peut être utilisée pour étudier la croissance des films SEI et des revêtements et dendrites Li, par exemple, les films SEI montrent que les films SEI La formation du film SEI est affectée par la décomposition du composant électrolyte et de l'électrode, et ces études nous permettent de comprendre que le dépôt de Li Et la croissance du film SEI pour améliorer l'information importante, afin de résoudre les problèmes connexes, améliorer la durée de vie de la batterie au lithium-ion offre une nouvelle façon de penser.
Le développement de la microscopie électronique à transmission in situ fournit un outil puissant pour comprendre les mécanismes des différentes réactions dans les batteries au lithium-ion, et la compréhension du mécanisme de réaction peut à son tour nous aider à améliorer continuellement les performances du matériau de l'électrode.
