化学学报 ›› 2021, Vol. 79 ›› Issue (10): 1197-1213.DOI: 10.6023/A21060255 上一篇 下一篇
综述
田建鑫a,b, 郭慧娟a,b, 万静a,b, 刘桂贤a,b, 严会娟a,b, 文锐a,b,*(), 万立骏a,b
投稿日期:
2021-06-07
发布日期:
2021-08-27
通讯作者:
文锐
作者简介:
田建鑫, 中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室2019级硕士研究生, 主要从事固态锂电池正极过程的原位研究. |
郭慧娟, 中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室2018级博士研究生, 主要从事固态锂电池正极过程的原位研究. |
万静, 中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室2017级博士研究生, 主要从事固态锂电池负极过程的原位研究. |
刘桂贤, 中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室2018级博士研究生, 主要从事固态Li-S电池负极过程的原位研究. |
严会娟, 中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室副研究员, 研究方向为扫描探针显微技术及应用. |
文锐, 中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员、博士生导师, 国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者, 主要研究领域是界面电化学. |
万立骏, 中国科学院院士, 发展中国家科学院院士, 中国科学院化学研究所研究员、博士生导师, 国家杰出青年科学基金获得者, 主要从事扫描探针显微学、电化学和纳米材料科学的研究. |
基金资助:
Jianxin Tiana,b, Huijuan Guoa,b, Jing Wana,b, Guixian Liua,b, Huijuan Yana,b, Rui Wena,b(), Lijun Wana,b
Received:
2021-06-07
Published:
2021-08-27
Contact:
Rui Wen
Supported by:
文章分享
固态锂电池(SSLBs)由于其安全性和潜在的高能量密度优势, 被认为是下一代动力电池的重要发展方向. 然而, 目前仍存在固态电解质离子电导率低, 电极/电解质界面兼容性和稳定性差等瓶颈问题. 为了提高SSLBs的性能, 阐明循环过程中电极、固态电解质及其界面间的动态演化是至关重要的. 在过去的几十年里, 各种先进原位表征技术的出现, 促进了对高性能锂电池内部工作机制的理解, 推动了SSLBs进一步发展. 本综述系统地介绍了近几年原子力显微镜、电子显微镜、X射线显微镜等成像表征技术和拉曼光谱、X-ray基技术、中子深度分析等成分分析技术的原位研究进展. 重点分析了各类表征技术在SSLBs循环过程中形貌和组分的演化, 包括正极材料的相变、形变, 金属锂的沉积/溶解、锂枝晶生长, 固态电解质结构演化和固体电解质中间相的形成, 进一步加深了对固态锂电池的理解.
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光学显微镜(OM) | 扫描电子显微镜(SEM) | 透射电子显微镜(TEM) | 原子力显微镜(AFM) | X-ray computed tomo- graphy microscopy | |
---|---|---|---|---|---|
探测源 | 可见光、激光等 | 电子束 | 电子束 | 探针 | X-ray |
样品操作环境 | 大气、真空及液相 | 真空 | 真空 | 大气、真空及液相 | 大气或真空 |
空间分辨率 | 200 nm | 2 nm | 0.1 nm | 0.1 nm (Z) | 50 nm |
优势 | 时间分辨率高、对 样品要求低 | 2~20万的放大倍数连 续可调、景深大 | 同时获得样品形貌、晶 体学和微观结构信息 | 对样品侵扰性小、 3D表面成像 | 无损3D成像 |
劣势 | 空间分辨率低 | 2D成像、不利于测量 对电子束敏感的样品 | 制样复杂、不利于测量 对电子束敏感的样品 | 受限于表面粗糙度、 成像范围小 | 轻元素对比度较弱 |
光学显微镜(OM) | 扫描电子显微镜(SEM) | 透射电子显微镜(TEM) | 原子力显微镜(AFM) | X-ray computed tomo- graphy microscopy | |
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探测源 | 可见光、激光等 | 电子束 | 电子束 | 探针 | X-ray |
样品操作环境 | 大气、真空及液相 | 真空 | 真空 | 大气、真空及液相 | 大气或真空 |
空间分辨率 | 200 nm | 2 nm | 0.1 nm | 0.1 nm (Z) | 50 nm |
优势 | 时间分辨率高、对 样品要求低 | 2~20万的放大倍数连 续可调、景深大 | 同时获得样品形貌、晶 体学和微观结构信息 | 对样品侵扰性小、 3D表面成像 | 无损3D成像 |
劣势 | 空间分辨率低 | 2D成像、不利于测量 对电子束敏感的样品 | 制样复杂、不利于测量 对电子束敏感的样品 | 受限于表面粗糙度、 成像范围小 | 轻元素对比度较弱 |
成像模式 | 探测的物理量 | |
---|---|---|
基本模式 | 轻敲模式AFM | 悬臂振幅A |
接触模式AFM | 悬臂弯曲度D | |
扭转共振模式AFM | 悬臂扭转量t | |
峰值力AFM | 探针-样品间的相互作用F | |
功能化模式 | 相位成像(Phase imaging) | 悬臂振动相位φ |
横向力显微镜LFM | 针尖-样品横向力L | |
磁力显微镜MFM | 悬臂振动相位φ或频率ω | |
开尔文探针显微镜KPFM | 样品表面电势V | |
导电原子力显微镜C-AFM | 针尖-样品间的电流 | |
扫描电化学显微镜SECM | 样品电容随交变电压的变化率dC/dV |
成像模式 | 探测的物理量 | |
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基本模式 | 轻敲模式AFM | 悬臂振幅A |
接触模式AFM | 悬臂弯曲度D | |
扭转共振模式AFM | 悬臂扭转量t | |
峰值力AFM | 探针-样品间的相互作用F | |
功能化模式 | 相位成像(Phase imaging) | 悬臂振动相位φ |
横向力显微镜LFM | 针尖-样品横向力L | |
磁力显微镜MFM | 悬臂振动相位φ或频率ω | |
开尔文探针显微镜KPFM | 样品表面电势V | |
导电原子力显微镜C-AFM | 针尖-样品间的电流 | |
扫描电化学显微镜SECM | 样品电容随交变电压的变化率dC/dV |
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