基于TEM原位試驗(yàn)的鋰電池納米錫合金電極分析

盡管鋰電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是將其應(yīng)用在電動(dòng)汽車上仍然需要提高其容量和功率密度，因此選擇合適的鋰電池陽(yáng)極材料是實(shí)現(xiàn)該目的的關(guān)鍵。對(duì)于錫合金陽(yáng)極材料，其具有較高的理論容量，但在退鋰過(guò)程和充鋰過(guò)程中其體積變化較大，這導(dǎo)致鋰電池循環(huán)性能變差，阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。而通過(guò)對(duì)錫合金電極進(jìn)行納米化處理，能夠很好地控制錫合金電極的體積變化，同時(shí)還能夠提高電極的循環(huán)壽命和倍率性能。利用透射電子顯微鏡（TEM）通過(guò)原位試驗(yàn)對(duì)納米錫合金電極的退鋰過(guò)程和充鋰過(guò)程進(jìn)行分析，確定納米化處理帶來(lái)的收益。

TEM能夠?qū){米錫合金電極的充鋰行為和退鋰行為進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，確定納米錫合金電極在整個(gè)退鋰和沖鋰過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化、形貌變化和物相變化。試驗(yàn)采用美國(guó)FEI公司生產(chǎn)的TecnaiF30TEM儀器。試驗(yàn)時(shí)，在TEM儀器中搭建使用納米錫合金電極的鋰電池體系，將電壓從0V逐漸降低至-3V，步長(zhǎng)為-0.5V，實(shí)現(xiàn)對(duì)退鋰過(guò)程的模擬。之后將電壓重新調(diào)至0V，以步長(zhǎng)為0.5V逐漸增加至3V，實(shí)現(xiàn)對(duì)充鋰過(guò)程的模擬。在整個(gè)原位反應(yīng)過(guò)程中，對(duì)納米錫合金電極的結(jié)構(gòu)和形貌變化進(jìn)行錄像。分析采集的錄像發(fā)現(xiàn)：對(duì)錫合金電極進(jìn)行納米化處理后，增強(qiáng)了鋰離子遷移，提高了比表面積，緩解了體積膨脹；與硅電極不同，錫合金電極退鋰和充鋰是一種晶相到晶相變化的過(guò)程，因而其體積膨脹不是由于鋰離子嵌入引起的，而是由于鋰離子脫出時(shí)在錫合金電極內(nèi)部產(chǎn)生孔洞造成的。

刊名：JournalofMaterials Science（英）

刊期：2016年第51期

作者：MatthewT.Janish

編譯：李臣