泰思肯 TOF-SIMS 客戶成果 | 多尺度觀察SnO?負極上不均勻雙層SEI膜

引言：SnO?作為負極材料，存儲鋰的機制雖被廣泛研究，但人們對SEI的結(jié)構(gòu)及其演化過程仍知之甚少。華南理工大學(xué)胡仁宗教授團隊利用泰思肯掃描電子顯微鏡聯(lián)用TOF-SIMS發(fā)現(xiàn)，SnO?電極的SEI是由外部有機O-SEI層和內(nèi)部無機In-SEI層組成的雙層混合結(jié)構(gòu)。

引言：SnO?作為負極材料，存儲鋰的機制雖被廣泛研究，但人們對SEI的結(jié)構(gòu)及其演化過程仍知之甚少。華南理工大學(xué)胡仁宗教授團隊利用泰思肯掃描電子顯微鏡聯(lián)用TOF-SIMS發(fā)現(xiàn)，SnO?電極的SEI是由外部有機O-SEI層和內(nèi)部無機In-SEI層組成的雙層混合結(jié)構(gòu)。

本文轉(zhuǎn)自微信公眾號 《電池未來》

SnO?通過轉(zhuǎn)化和合金化反應(yīng)存儲鋰，被認為是最典型的負極材料之一，并在機理探索和性能調(diào)整方面得到了廣泛的研究。然而，在 SnO?電極上形成的固體電解質(zhì)中間相 (SEI) 的結(jié)構(gòu)及其演化過程很少被關(guān)注且仍然知之甚少。

在此，華南理工大學(xué)胡仁宗教授等人全面研究了SnO?薄膜電極的SEI組成和結(jié)構(gòu)演變。通過TESCAN飛行時間二次離子質(zhì)譜（TOF-SIMS）可以在基于SnO?的電極中觀察到SEI的雙層混合結(jié)構(gòu)，由靠近電解液的外部有機SEI (O-SEI) 層和靠近SnO?電極的內(nèi)部無機SEI (In-SEI) 層組成。

多尺度觀察揭示了合金化反應(yīng)后的SEI積累和有機層在去轉(zhuǎn)化反應(yīng)以上電位時的明顯溶解，這導(dǎo)致無機層直接暴露在電解液中，從而變得厚實和不均勻。破碎和厚的SEI導(dǎo)致容量快速衰減和97.5% 的低庫侖效率 (CE)。

圖1. SEI的TOF-SIMS表征及SnO?電極的結(jié)構(gòu)演變

因此，作者證明了當SnO?電極預(yù)涂有LiF或Li₂CO₃時，會誘導(dǎo)形成堅固且薄的 SEI層并在連續(xù)循環(huán)中穩(wěn)定，從而提高循環(huán)穩(wěn)定性并將CE提高到99.5%。

這項工作為 SnO?負極上的SEI演化機制增加了新的見解，強調(diào)了在開發(fā)高性能負極中形成堅固SEI膜的重要性，并提出了一種為鋰離子電池制造高性能金屬氧化物負極的有效策略。

圖2. SnO?、SnO?-LiF和SnO?-Li₂CO₃電極的SEI形成過程和結(jié)構(gòu)演變

Multiscale Observations of Inhomogeneous Bilayer SEI Film on a Conversion-Alloying SnO₂
Anode,
Small Methods
2021. DOI: 10.1002/smtd.202101111

寫在最后：通過泰思肯雙束電鏡的TOF-SIMS聯(lián)用技術(shù)，作者對SnO?負極上SEI的雙層結(jié)構(gòu)及其演化過程進行了深入觀察和分析。研究結(jié)果表明，通過優(yōu)化SEI層的結(jié)構(gòu)和組成，可以提高SnO?電極的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。