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Nano Res.│上海科技大学于奕课题组、刘巍课题组:俄歇电子显微技术在固体电解质的应用及电子诱导金属锂沉积现象的研究

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背景介绍


锂离子电池作为一种储能设备,具有能量密度高、环保、无记忆效应等优点,在电子设备、交通、智能电网等各个领域得到广泛应用。传统锂离子电池采用有机电解液,具有可燃性,存在严重的安全问题,而使用固态电解质取代有机电解液可以很好地提高安全性。固体电解质包括聚合物电解质、无机电解质和复合电解质。与聚合物固体电解质相比,无机固体电解质具有较高的力学性能和良好的热稳定性,其分为氧化物和硫化物固体电解质,但硫化电解质化学稳定性差、环境不友好,所以氧化物固体电解质的研究更广泛,特别是石榴石型固体电解质Li7La3Zr2O12及其衍生物。固体电解质作为锂离子电池正极和负极之间传输Li+的介质,对锂离子电池的性能起着非常重要的作用,Li在固体电解质中的表征则更加关键。Li的低原子序数使其难以通过EDS进行探测,但轻元素的俄歇电子产额较高,所以利用俄歇电子显微技术(AES)可以直接探测Li的信号。俄歇电子信号来自样品近表面(深度小于10 nm),结合离子源刻蚀技术,可以提供微米级深度的信息。迄今为止,AES主要应用于锂离子中正极和负极材料循环过程中的演变、固体电解质界面层(SEI)的组成以及硫化物固体电解质等科学问题的研究,然而,AES在氧化物固体电解质上尚未得到详细研究。


成果简介


于奕课题组和刘巍课题组通过AES对石榴石型固体电解质Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)进行表征,得到最佳的光谱采集参数。同时在光谱采集位置处发现了物质的析出现象,并探讨了不同因素对析出物含量的影响,通过AES证实了析出物成分为金属锂。结合透射电子显微镜(TEM)和聚焦离子束(FIB)实验,对俄歇电子显微镜下的沉淀现象,以及之前报道的电子束诱导金属锂沉淀现象进行了比较,并讨论了其机理。此外,还成功地用AES表征了其他类型的固体电解质,包括钙钛矿型LLTO和NASICON型电解质。

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作者简介


于奕,上海科技大学物质科学与技术学院助理教授,主要利用先进的电子显微学手段研究卤化物钙钛矿太阳能电池、锂离子电池等新能源材料的微观结构,从最根本的原子尺度上揭示其物理、化学性能背后的机理。近年来在Nature、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等国际著名期刊发表多篇SCI论文。长期招聘博士后,机器学习、电子显微等领域。

课题组网站:https://spst.shanghaitech.edu.cn/yy/list.htm。


刘巍,上海科技大学物质科学与技术学院助理教授,主要从事固态离子导体材料、纳米材料及陶瓷复合材料在能源存储和环境等领域的研究。2017年入选国家级青年人才计划,2021年入选科睿唯安高被引科学家。近年来在Nat. Energy、Adv. Mater、Adv. Funct. Mater.、Chem等国际著名期刊发表多篇SCI论文。长期招聘博士后,储能、海水提锂、机器学习等领域。

课题组网站:https://spst.shanghaitech.edu.cn/2018/0301/c2349a51273/page.htm。


文章信息


Y. Zhang, W. Zhai, X. Hu, et al. Application of Auger electron spectroscopy in lithium-ion conducting oxide solid electrolytes. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4431-2.

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