Small:原位TEM研究固态锂硫电池在高温下的充放电行为


发布时间:

2023-08-22

目前,学界对于锂硫(Li-S)电池运行过程中硫化锂的结构演变规律的研究还不充分。究竟是锂的低电子电导率还是低离子电导率抑制了充电过程中硫化锂的分解,目前还存在争议。此外,硫化锂的分解途径也不清楚。

目前,学界对于锂硫(Li-S)电池运行过程中硫化锂的结构演变规律的研究还不充分。究竟是锂的低电子电导率还是低离子电导率抑制了充电过程中硫化锂的分解,目前还存在争议。此外,硫化锂的分解途径也不清楚。

近日,燕山大学黄建宇、唐永福和张利强课题组针对上述难题,结合PicoFemto®原位MST多场样品杆对高温下硫化锂的析出和分解进行原位研究。结果表明,随着室温下锂化过程的进行,硫化锂从非晶态/纳米晶转变为多晶态,高温下硫化锂的析出比室温下更完整。此外,研究还发现锂离子在固态锂电池中的扩散是可逆的。这项工作实现了一种在高温下原位观测锂硫电池锂化行为的新方法。相关研究成果以"In Situ TEM Observations of Discharging/Charging of Solid-State Lithium-Sulfur Batteries at High Temperatures"为题发表在《Small》上。DOI: 10.1002/smll.202001899

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图:实验方法

实验平台搭建:该锂硫纳米电池由一个S@CNT纳米阴极和一个镀锂金属阳极组成。S@CNTs被粘附到尖端扁平的铝棒上,金属锂被涂在另一端。铝棒被安置在PicoFemto®原位MST多场样品杆的三维操纵端,通过机械位移准确触碰MEMS加热芯片上的加热区,从而完成整个纳米电池的构建。实验中,机械操纵端、纳米电池、MEMS芯片形成闭合回路,实现电池的原位充放电研究。同时,MEMS芯片还可以对电池进行高温加热,以研究锂硫电池在高温下的充放电行为。  

1图:原位TEM观测充放电
 
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图:不同温度下的原位TEM充放电研究

  

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图:理论模型  

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图:实验中使用的原位样品杆