日本久久久久久一区-国产麻豆乱视频av-日韩黄色一级免费电影-精品久久久久久久二区-久久亚洲精品尤物-久久久久偷看国产亚洲87-日韩精品资源在线观看,-久久草视频免费观看-亚洲少妇久久嫩13,91精品福利小视频,日韩欧美熟妇在线播放,亚洲成熟女人毛茸茸

預(yù)存
Document
當(dāng)前位置：文庫(kù)百科 ? 文章詳情
北大深研院潘峰教授AFM綜述：電子能量損失譜在電池研究上的應(yīng)用研究
來源：科學(xué)10分鐘 時(shí)間：2022-05-05 09:17:04 瀏覽：8647次



引言

二次電池因其具有高能量密度、高工作電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命和環(huán)境友好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代運(yùn)輸和可移動(dòng)設(shè)備電能儲(chǔ)存的首要技術(shù)手段。在不斷追求更高性能的道路上，電池中的電極、電解質(zhì)和關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)和組成演化必須得到透徹研究。

電子能量損失譜（EELS）作為一種強(qiáng)有力的化學(xué)成分分析手段，目前在透射電鏡上得以廣泛研究，用于在原子尺度上揭示電池材料和相關(guān)界面的原子信息、電子價(jià)態(tài)和相關(guān)分布情況。

相比之下，其他具有類似功能的替代技術(shù)，如X射線光電子光譜（XPS）、X射線吸收光譜（XAS）、拉曼光譜、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS），只能在顯微尺度上提供來自樣品表面的有限信息。

近年來，隨著原位表征技術(shù)和冷凍電鏡的發(fā)展，EELS的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展，例如層狀材料的納米尺度固態(tài)電解質(zhì)界面、鋰K-edge的演化、熱穩(wěn)定性及充放電過程中的金屬價(jià)態(tài)變化過程。



EELS的基本原理和技術(shù)特點(diǎn)

與能量色散X射線光譜（EDX）、X射線技術(shù)（即XPS、XAS（包括軟硬））、中子散射（NS）、拉曼（Raman）等傳統(tǒng)表征技術(shù)相比較，EELS具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）EELS具有更全面的表征能力，包括表征元素類型、價(jià)態(tài)、價(jià)態(tài)分布、不同元素占比、配位環(huán)境、化學(xué)鍵和徑向分布函數(shù)等，而其他技術(shù)只具有部分這類功能。

（2）得益于單色器、電子探測(cè)器和球差校正器的發(fā)展，EELS在原子水平上具有更高的空間分辨率。

（3）EELS能提供顆粒的整體信息（其探測(cè)深度為100 nm），而拉曼光譜、FTIR、XPS和軟X射線等只能提供表面信息（探測(cè)深度<10納米）。

（4）EELS具有低能量區(qū)域元素表征能力（<100 eV），可輕松識(shí)別像Li這樣的輕元素。

圖1（a）為EELS的典型裝置示意圖。EELS通常與TEM或掃描透射電子顯微鏡（STEM）聯(lián)用，以提供微觀的局部甚至原子水平的信息。通過比較入射電子和非彈性散射電子之間的能量差，可以實(shí)現(xiàn)EELS圖譜的可視化。圖1（b）為經(jīng)典的EELS數(shù)據(jù)圖譜，包含零損失峰、價(jià)態(tài)損失和等離子體峰，可以用于確定化學(xué)組成、樣品厚度、元素種類和電子態(tài)。

圖1 EELS的典型裝置示意圖和數(shù)據(jù)圖譜



EELS表征技術(shù)在電池研究的應(yīng)用

近年來，基于研究電池的TEM新型裝置的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了諸如原位充放電、冷凍環(huán)境、原位加熱等樣品桿，推動(dòng)了TEM和EELS相關(guān)研究的進(jìn)一步發(fā)展（圖2），并且其所包含的開放式和密封式的電池體系為研究電池材料的熱力學(xué)狀態(tài)以及各類界面動(dòng)態(tài)過程提供了有利的觀測(cè)工具。

圖2 EELS相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用



EELS表征技術(shù)在電池研究中的應(yīng)用

本節(jié)主要總結(jié)了EELS在電池研究中五個(gè)方面的重要應(yīng)用成果，主要包括：電池材料成分分析、中間態(tài)表征、鋰離子動(dòng)態(tài)行為、界面行為和熱穩(wěn)定性。

電池材料成分分析

對(duì)于不同類型的電池，EELS可以明確識(shí)別正負(fù)極材料和電解質(zhì)中的材料組分，同時(shí)EELS的高空間分辨率特性還可以得到原子尺度上的元素分布情況、電子態(tài)和缺陷等信息。

例如將EELS和STEM相結(jié)合，可以很好地檢測(cè)材料的結(jié)構(gòu)單元信息，如N摻雜石墨烯的鍵合分析（圖3a）；將EELS和第一性原理計(jì)算結(jié)合可以確定LiFePO4正極中Fe反中心缺陷的來源（圖3b）。

此外，EELS還可以用于電池包覆、摻雜等結(jié)構(gòu)改性后的元素分析表征。例如結(jié)合TEM、ND和EELS可以定量揭示質(zhì)子化固體電解質(zhì)Li6.25Al0.25La3Zr2O12（LLZO）中H+和Li+離子的個(gè)體遷移率和晶格占位（圖3c-e）。

圖3 （a）N摻雜的石墨烯晶格示意圖；（b）LiFePO4的EELS圖譜；（c-e）LLZO電解質(zhì)的STEM和EELS表征以及電解質(zhì)H+和Li+離子的交換示意圖

中間態(tài)表征

為了更為深入地了解電池充放電機(jī)制以及設(shè)計(jì)更高性能的電池材料，中間態(tài)的準(zhǔn)確表征是不可或缺的一環(huán)。目前一些穩(wěn)定的電池體系可以通過拆卸電池后進(jìn)行非原位表征，而對(duì)于一些敏感的不穩(wěn)定的電池體系，非原位的常規(guī)表征往往達(dá)不到所需的效果。

隨著原位電化學(xué)TEM裝置（如固/液態(tài)開放池、液態(tài)封閉池和環(huán)境TEM）的開發(fā)，使得EELS可以作為為一種有效的技術(shù)來表征電池材料中間體的結(jié)構(gòu)信息，從而充分了解動(dòng)態(tài)的演化過程。

如圖4，通過結(jié)合能量過濾TEM、液流池和納米尺度EELS，可以利用Fe離子的分布揭示LiFeO4中Li+在水系電解質(zhì)中的分布。利用EELS還可以有效研究電池材料在納米尺度上的離子擴(kuò)散行為，通過元素和價(jià)態(tài)的動(dòng)態(tài)變化過程說明相關(guān)鋰/鈉離子脫嵌后對(duì)材料帶來的影響。

圖4 5 eV能量過濾TEM圖像

鋰離子動(dòng)態(tài)行為揭示

直接觀察鋰離子電池內(nèi)部的鋰離子動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程，對(duì)于更好地了解電池的工作機(jī)理和問題具有重要意義。由于鋰元素具有較低的能量分辨率，傳統(tǒng)的X射線表征技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)探測(cè)，而EELS具有該能力。

通過與TEM電化學(xué)器件結(jié)合，EELS可以有效表征電池材料在循環(huán)過程中的鋰離子動(dòng)態(tài)行為，如遷移路徑、鋰元素分布等，從而通過遷移方式得到鋰電池材料的脫嵌機(jī)理和不同結(jié)構(gòu)基元的遷移能壘差異性。

如圖5，通過使用operando EELS可以實(shí)現(xiàn)LiCoO2/Li-Al-Ge (Ti)-Si-P-O/Li固態(tài)電池中的Li的動(dòng)態(tài)成像。Li濃度圖和相應(yīng)的Li/Co比結(jié)果表明，Li+離子不僅在垂直方向上遷移，而且在平行方向上遷移到電極/固體電解質(zhì)界面，導(dǎo)致Li濃度在納米尺度上發(fā)生空間變化。

 

圖5 LixCoO2的Li K-edge EELS和Li元素濃度mapping圖

電極電解質(zhì)界面表征

當(dāng)電極與電解質(zhì)在界面區(qū)域發(fā)生反應(yīng)時(shí)，可以形成電極/電解質(zhì)界面相，包括負(fù)極的SEI和正極的CEI。這些界面相的不穩(wěn)定性被認(rèn)為是電池容量損失的重要原因之一。因此，電極/電解質(zhì)的界面相的觀察對(duì)理解界面現(xiàn)象和電池性能十分重要。

隨著TEM電化學(xué)電池的發(fā)展，原位監(jiān)測(cè)界面相的形成/演化成為可能（圖6）。此外，利用冷凍EELS可以降低電子束對(duì)不穩(wěn)定界面的損傷，從而有效測(cè)定一些不穩(wěn)定的SEI和CEI薄膜的成分。

 

圖6（a）Si負(fù)極鋰化后的EELS譜；（b）鋰金屬負(fù)極上SEI的冷凍EELS元素分布；（c）EC/DEC電解液中的鋰金屬表面SEI的C-K-edge EELS圖譜；（d）Li金屬與固體LiPON電解質(zhì)之間的界面結(jié)構(gòu)。

熱穩(wěn)定性表征

電化學(xué)循環(huán)過程中，電池材料及其中間態(tài)的熱穩(wěn)定性對(duì)電池的安全運(yùn)行至關(guān)重要。通過聯(lián)用TEM原位加熱桿和EELS，可以在加熱條件下誘導(dǎo)電池材料發(fā)生結(jié)構(gòu)和電子態(tài)變化，通過有效捕捉引起相變的因素和變化情況，繼而表征材料在溫度變化下的穩(wěn)定性。

目前，該技術(shù)在鋰/鈉電池正極材料的熱穩(wěn)定性分析方面已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用（圖7）。如圖7（a, b），通過原位TEM和EELS聯(lián)用，可對(duì)不同鋁含量的去鋰化富Ni層狀氧化物（LixNi0.835Co0.15Al0.015O2（NCA83）和LixNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA80））的熱穩(wěn)定性進(jìn)行比較。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)層狀NCA83比NCA80更容易轉(zhuǎn)變?yōu)閹r鹽相結(jié)構(gòu)，表明Al可以抑制諸如CoO2-O1相的完全帶電疇的形成，并且該抑制效應(yīng)可以阻礙過渡金屬的還原，從而提高富Ni層狀正極材料的熱穩(wěn)定性。

對(duì)于廣泛應(yīng)用的層狀氧化物正極材料而言，其熱致相變的內(nèi)在機(jī)理同樣是一個(gè)十分重要的命題。作為對(duì)正極材料原子(Li, Ni, Mn, O等)的化學(xué)環(huán)境和相關(guān)缺陷敏感的納米級(jí)探針，EELS可被用于探索熱誘導(dǎo)相變的起源。

如圖7（d），利用原位EELS和TEM可對(duì)經(jīng)過高壓（4.6 V）循環(huán)后的LixCoO2正極加熱過程中的氧釋放機(jī)理進(jìn)行研究，EELS線掃描結(jié)果表明材料表面的O/Co比要低于塊體內(nèi)部，在表面區(qū)域發(fā)生了氧的持續(xù)損失，此外材料本體的熱降解過程是通過氧空位進(jìn)行的，由陽(yáng)離子的遷移和還原促進(jìn)。

 圖7 （a, b）NCA80的O K-edge的△E、Ni和Co的L3/L2值；（c）LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2加熱過程中O K-edge的EELS圖譜；（d）LixCoO2中的O釋放表征；（e）基于的不同晶面的LiCoO2的熱不穩(wěn)定性。

其他應(yīng)用

除了以上研究之外，基于元素和電子態(tài)的分布情況，EELS還可以應(yīng)用于許多與電池相關(guān)的方向，如電極材料的再生回收、長(zhǎng)循環(huán)的結(jié)構(gòu)變化、預(yù)鋰化、電解質(zhì)在電子束下的降解等等。



總結(jié)與展望

基于EELS表征技術(shù)的獨(dú)特性和可聯(lián)用性，目前已經(jīng)被成功應(yīng)用于電池材料的各種關(guān)鍵問題研究上，如原子級(jí)的元素分布和電極的電子態(tài)測(cè)定、探索循環(huán)過程中的中間態(tài)、原位監(jiān)測(cè)Li+的動(dòng)態(tài)分布、表征不穩(wěn)定SEI組分等。然而，盡管EELS在電池研究上取得非常不錯(cuò)的成果，仍然還存在一些挑戰(zhàn)和發(fā)展空間。

（1）需進(jìn)一步開發(fā)先進(jìn)TEM技術(shù)和器件，如原位冷凍桿、高分辨液體池等裝置，從而與EELS進(jìn)行聯(lián)用分析動(dòng)態(tài)過程。

（2）基于原位EELS技術(shù)在表征鋰/鈉電池正負(fù)極材料中的鋰離子遷移過程的優(yōu)勢(shì)，可擴(kuò)大至鋰硫、鋰空氣電池等體系的研究；

（3）基于高靈敏探測(cè)器和高速相機(jī)的發(fā)展，EELS可進(jìn)一步擴(kuò)大在納米尺度的徑向分布分析上的研究，并有望和原位測(cè)量進(jìn)行結(jié)合。

（4）高靈敏探測(cè)器和高速相機(jī)的發(fā)展使得EELS數(shù)據(jù)能量分辨率進(jìn)一步提高，三維EELS重構(gòu)分析方法將逐步應(yīng)用于電池材料體系；通過與冷凍電鏡技術(shù)結(jié)合，可以揭示鋰離子電池和其他堿金屬電池的多維度晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息。


參考文獻(xiàn)

[1] Zu-Wei Yin, et al. Advanced Electron Energy Loss Spectroscopy for Battery Studies. Advanced Functional Materials, 2021, 2107190.

評(píng)論 / 文明上網(wǎng)理性發(fā)言
12條評(píng)論
全部評(píng)論 / 我的評(píng)論
最熱 /  最新
全部 3小時(shí)前 四川
文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具。現(xiàn)代文字大多是記錄語(yǔ)言的工具。人類往往先有口頭的語(yǔ)言后產(chǎn)生書面文字，很多小語(yǔ)種，有語(yǔ)言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國(guó)家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
點(diǎn)贊12
回復(fù)
全部
查看更多評(píng)論
相關(guān)文章

別只盯一區(qū)！這些二三區(qū)化學(xué)期刊，發(fā)文量多，速度快，真的還不錯(cuò)！

2021-06-19

研究生必備技能：如何檢索、下載和管理文獻(xiàn)？

2023-12-06

傳奇院士王中林：納米發(fā)電機(jī)之父，華人最高H因子！

2023-12-06

Nature盤點(diǎn)8篇: 北大、南大、密大、亞琛工大等最新前沿成果報(bào)道丨生化材9月精選

2019-10-25

期刊解析丨極具性價(jià)比的材料二區(qū)好刊，投了還想投！

2021-06-19

MOF&COF頂刊精選：羅建平、陳龍、Yaghi、王為、林子俺、尹學(xué)博、師唯頂刊大盤點(diǎn)

2019-12-06

熱門文章/popular

基礎(chǔ)理論丨一文了解XPS（概念、定性定量分析、分析方法、譜線結(jié)構(gòu)）

手把手教你用ChemDraw 畫化學(xué)結(jié)構(gòu)式：基礎(chǔ)篇

晶體結(jié)構(gòu)可視化軟件 VESTA使用教程（下篇）

【科研干貨】電化學(xué)表征：循環(huán)伏安法詳解（上）

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電化學(xué)工作站篇 （二）三電極和兩電極體系的搭建 和測(cè)試

【科研干貨】電化學(xué)表征：循環(huán)伏安法詳解（下）

微信掃碼分享文章
久久精品美国亚洲av伦理-99精品这里只有免费视频-日韩免费观看网站-天天日天天干天天操天天夜 | 99久在线精品99re8热视频-亚洲视频 网友自拍-99re久久这里只有精品66-99热超碰在线91 | 色婷婷视频在线免费观看-91九色 蝌蚪视频-成年美女黄片视频大全免费麻豆-69精品人妻一区二区三区蜜臀 | 国产99久久久国产精品成人免费-黑人借宿ntr人妻的沦陷2-不卡的一区二区三区免费观看视频-久久av才是亚洲精品 | 人人爽人人澡人人妻免费精品视频-中文字幕自拍偷拍国产-日韩av黄色成人在线看-久久日韩熟女av | 91日韩精品在线视频-九月丁香婷婷大香蕉-久久精品久久久久久久精-一区二区视频在线观看入口 | 国产人妻av一区二区三区色-av中文字幕在线资源-欧美日韩国产福利视频-久久人妻一区二区三区蜜桃最新章节 | 欧美日韩日欧美日韩中日妞人妻日-av动漫在线观看免费观看-99热在线只有精品-99性高潮久久 | 亚洲精品成av人在线观看夫-亚洲va在线va天堂va第1集-欧美日韩中国一区久久-欧美,日韩,亚洲,丝袜 日韩欧美在线视频观看免费-亚洲av乱码毛片在线播放-欧美日韩国产自拍av-91久久国产综合久久久久 | free孕交颜射美女丝袜高跟-国产91原创在线一区导航-久久草免费在线观看视频-日韩av一区免费观看 国产精品久久久午夜夜伦鲁鲁f-视频一区视频二区免费在线观看-成人国产精品中文字幕-欧美成人精品av在线 | 精品乱人伦一区二区三区-欧美一区二区三区四区在线观-人妻中文字幕免费高清-国产日韩欧美在线视频一本到 | 99精品综合在线观看-国产精品免费久久久久电影网-日韩av天堂一区二区三区在线-日韩av综合网导航 国产精品——色呦呦-在线视频欧美日韩国产一区二区-精品视频综合区少妇-国产激情一区二区三区不卡 | 亚洲国产av第一区-成人在线中文字幕播放-国产亚洲精品久久久麻豆男与男-久久人妻丝袜av中文字幕 精品久久久人妻一区二区-免费91麻豆精品国产自产自线-日韩午夜高清aaa视频-国产成人一区二区三区在线播放 | 国产精品久久久密臀-五月婷婷激情中文字幕-人人妻人人舔人人爱-中文字幕久久久久中文字幕欧美 | 欧美日韩亚洲国产自拍偷拍-麻豆精品视频免费在线观看-夜夜操夜夜操天天操天天操天天操-韩国黄片姐姐的朋友 | 精品一区二区三区黄片-xx性欧美精品久久久久久-亚洲中文字幕久久久-久久久精品视频播放 | 超碰97日本人人做人人爱-91精品久久人人妻人人做人人爱-天天射天天舔天天射-一区二区欧美日韩亚洲 | 中文日韩人妻字幕一区-国产成人亚洲综合色-亚洲熟女一区二区三区四区视频-久久久久午夜婷婷 | 亚洲欧av一区二区-五月天天天操天天干-久久国产成人精品免费看-一本色道久久综合狠狠踩我精品 | 97超碰成人免费在线-91国精产品一区二区三区播放-久久精品美女诱惑-国产人成午夜免费看 | 欧美最猛黑人xxxⅹ猛男视频-中文字幕人妻丝袜诱惑-日韩人妻中文字幕免费电影-久久精品国产熟女亚洲av麻豆 | av在线手机观看一区二区三区-中文字幕人妻国产精品-日韩色在线免费视频-日韩在线免费观看网站 | 99国产精品免费视频-欧美日韩成人免费播放-熟妇人妻一二三区-人妻丰满被色诱中文字幕 | 高潮在线视频不卡视频-精品福利一区二区三区免费视频-亚洲熟女久久色-麻豆av在线观看视频 | 天堂网最新亚洲av-男人的天堂在线久久-亚洲熟妇av乱码-国产精品久久久久久久久久久 | 99精品,国产精品-中文字幕一区二区三区四区精品-一区二区美女现场直播-日韩蜜乳一区二区三区 | 国产99久久久国产精品成人免费-黑人借宿ntr人妻的沦陷2-不卡的一区二区三区免费观看视频-久久av才是亚洲精品 | 久久久亚洲伦理在线观看-国产精品一线二线三-开心激情性五月天-国产精品99999久久久久久 | 国产性大战久久久久久久久久久久久-五月婷婷六月丁香伊人妞-久久亚洲sm情趣捆绑调教-日韩tⅴ一级视频 | 人妻丰满熟妇区bbbbxxxx-国产亚洲欧美日韩二三线-亚洲久久成免费视频-日本成人中文字幕在线播放 婷婷伊人狠狠爱-欧美日韩精品无-91久久国产综合-国产av日韩三级电影 | 91黄色成年人网站-东京av一区二区三区-中文字幕久久色国产精品爱-伊人久久大香线蕉综合75 | 国产欧美日韩精品自拍-91精品人妻一区二区解析-超碰人人人人人人射-日韩少妇免费啪视频 | 婷婷色中文网在线观看-精品人妻人伦一二三久久-欧美日韩精品17c-亚洲国产日朝欧美综合久久 | 国产精品99久久久久久动态图-丰满人妻一区二区三区四区69-精品久久久久久亚洲国产999-欧美高清一级一区二区 | 欧美mv日韩mv国产一区二区-美女欧美视频在线观看免费-麻豆免费看在线视频-亚洲精品在线国产中文字幕 | 国产精品国产三级国产潘金莲-日韩卡一卡二卡三-日韩精品免费观看网站-在线日韩欧美第一页 | 91福利国产在线观看午夜天堂-久久久噜噜噜久久人人看-日韩成人在线一区亚洲天堂-日本五十路熟女av | av一区精品在线观看-亚洲综合五月天精品伊人久久-另类av老熟女-久久蜜桃精品av人妻 | 亚洲va国产va欧美精品88-91丨九色丨农村老熟女按摩-日韩限制级影院-97人妻超碰在线免费 | 粉嫩久久久久久久极品-av成人在线免费观看-99精品国产久久久-九九re这里只有精品视频 | 久久精品视频免费观看99视频-99久久999久久久精品色园-日韩 三级视频-silk005中文字幕一区二区 |
+

你好，很高興為您服務(wù)！

發(fā)送