SEM image of the full Li-NMC electrode sample, showing the two porous layers and the metal film at the center of the structure.

通过Cryo-EM(冷冻电镜)和 CryoFIB(冷冻聚焦离子束) 揭示钠电池退化机制

低温技术如何利用完整电池成像技术揭示钠电池退化途径(从隔膜渗入到溶剂驱动的 SEI 演化)?

SEM image of the full Li-NMC electrode sample, showing the two porous layers and the metal film at the center of the structure. Cross_Section_Ion_Beam_Milling_of_Battery_Components_teaser.jpg

探索低温电镜和聚焦离子束技术如何揭示钠电池界面的内在结构。本次研讨会将提出基于隔膜渗透(而非枝晶生长)的新型退化模型,并解析电解液溶剂如何影响界面稳定性与电池性能。

主要经验

  • 低温工作流程能完整保持电池界面特性
    传统拆解方式会改变钠电池结构,导致实验结果失真。低温电子显微镜(cryo-EM)和聚焦离子束(cryoFIB)技术能够进行完整的分析,保留界面的真实形态和成分。
  • 全新退化模型揭示:隔膜渗透(而非枝晶)是退化主因。
    不同于离散的枝晶状生长,钠会渗入聚合物隔膜的孔隙,在材料层间横向延展,最终形成导电通路。该过程导致层间剥离和潜在短路。
  • 隔膜孔径大小直接影响钠沉积行为
    由于聚乙烯层的孔径大于聚丙烯层,钠优先沉积于隔膜的聚乙烯层中。这种孔径依赖特性在电池退化机制中起关键作用。
  • 电解液溶剂选择影响SEI膜形成与循环稳定性
    使用二乙二醇二甲醚基电解液的电池展现出更均匀的钠沉积和稳定的SEI层,而碳酸酯基体系则出现不均匀沉积与SEI膜溶解,导致性能衰减。
  • 三维重建技术揭示了退化过程的空间关联性
    通过连续切片与三维成像技术,清晰呈现了钠金属及SEI膜在界面处的分布规律,阐明SEI成分结构如何影响钠渗透与沉积行为。

揭示电池界面结构,突破微观尺度成像局限,实现纳米级乃至原子级分析。

若您从事钠金属电池或新一代储能研究,透彻理解系统退化机制的关键所在。本期内容将深入解析冷冻电镜(cryo-EM)与冷冻聚焦离子束(cryoFIB)技术如何规避传统拆解失真,精准揭示电池界面的真实结构与化学特性。

您将具体了解到:钠金属如何渗入聚合物隔膜孔隙,在材料层间横向延展,并最终引发层间剥离。这一发现挑战了"退化源于枝晶生长"的传统认知,转而凸显隔膜设计与孔隙结构的关键作用。

研究深度进一步拓展:通过对比碳酸酯基与醚类(二乙二醇二甲醚)电解液溶剂体系对退化过程的影响机制。您将看到溶剂的选择如何影响 SEI 的形成、电镀均匀性和电解液稳定性。例如,二甘醇体系表现得更为均匀,SEI 积聚较少,而碳酸酯体系则受到 SEI 溶解和性能快速下降的影响。

您还将更清楚地了解阳极退化如何影响阴极,特别是通过电解质耗竭和孔隙率演变。即使在循环稳定性较好的系统(如使用二甘醇的系统)中,较高电压下的氧化分解也会导致气体形成和阴极界面出现空隙。

最后,会议将探讨如何利用低温 TEM 和 EELS 将微米级成像推进到纳米级和原子级分析。通过这些技术,您不仅可以确定元素组成,还可以了解关键界面上的化学键。早期研究结果表明,块状金属钠和薄氧化表面层之间有明显区别--这对于设计更稳定、更高效的电池至关重要。

无论您是在开发材料、优化电解质,还是在研究失效模式,这些内容都能为您提供实用的、以研究为基础的知识,帮助您做出明智的决策并加快工作进度。

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