基于TEM原位试验的锂电池纳米锡合金电极分析

基于TEM原位试验的锂电池纳米锡合金电极分析

尽管锂电池具有诸多优点，但是将其应用在电动汽车上仍然需要提高其容量和功率密度，因此选择合适的锂电池阳极材料是实现该目的的关键。对于锡合金阳极材料，其具有较高的理论容量，但在退锂过程和充锂过程中其体积变化较大，这导致锂电池循环性能变差，阻碍了其商业化应用。而通过对锡合金电极进行纳米化处理，能够很好地控制锡合金电极的体积变化，同时还能够提高电极的循环寿命和倍率性能。利用透射电子显微镜（TEM）通过原位试验对纳米锡合金电极的退锂过程和充锂过程进行分析，确定纳米化处理带来的收益。

TEM能够对纳米锡合金电极的充锂行为和退锂行为进行实时观察，确定纳米锡合金电极在整个退锂和冲锂过程中的结构变化、形貌变化和物相变化。试验采用美国FEI公司生产的TecnaiF30TEM仪器。试验时，在TEM仪器中搭建使用纳米锡合金电极的锂电池体系，将电压从0V逐渐降低至-3V，步长为-0.5V，实现对退锂过程的模拟。之后将电压重新调至0V，以步长为0.5V逐渐增加至3V，实现对充锂过程的模拟。在整个原位反应过程中，对纳米锡合金电极的结构和形貌变化进行录像。分析采集的录像发现：对锡合金电极进行纳米化处理后，增强了锂离子迁移，提高了比表面积，缓解了体积膨胀；与硅电极不同，锡合金电极退锂和充锂是一种晶相到晶相变化的过程，因而其体积膨胀不是由于锂离子嵌入引起的，而是由于锂离子脱出时在锡合金电极内部产生孔洞造成的。

刊名：JournalofMaterials Science（英）

刊期：2016年第51期

作者：MatthewT.Janish

编译：李臣