冷冻电镜技术实现锂电池枝晶中存氢化锂直接观察

对于高能量密度锂金属电池而言，金属锂表面的枝晶沉积过程以及固液界面SEI层的形成，是影响电池安全性和电化学性能的关键。

然而，对于发生在固液界面的这两个过程的机理却一直有所争议。如何更直接地剖析这些过程和机理，是解锁电池枝晶和SEI层的难点所在。

有鉴于此，美国康奈尔大学LenaF.Kourkoutis课题组通过冷冻电镜技术实现了对锂金属电池固液界面以及枝晶的直接观察。

研究亮点：

1.发展了冷冻电镜技术对锂金属电池固液界面的成像。

2.发现了锂金属负极存在两种枝晶，其中一种含氢化锂。

图1.枝晶形貌表征

研究人员对液体电解质进行玻璃化冷冻之后，电池内部固液界面的基本结构和原始状态随即保存下来。然后，研究人员就可以通过冷冻扫描隧道显微镜对界面进行化学和结构的高分辨成像。

研究发现，在锂金属负极，同时存在2种类型的枝晶，一种枝晶具有拓展的SEI层，由金属锂组成，而另一种枝晶中竟然意外发现氢化锂，而不是锂金属，这可能是电池容量降低的重要原因!

总之，这项研究为锂电池失效机理的研究加深了理解，也进一步加强了冷冻电镜在材料化学领域的应用，让冷冻电镜这个奖励给物理学家的诺贝尔化学奖能够更加名副其实。

图2.枝晶和SEI层表征

图3.枝晶附近碳成键环境分析

图4.枝晶成分分析