研究亮點：

1.發(fā)展了冷凍電鏡技術對鋰金屬電池固液界面的成像。

2.發(fā)現了鋰金屬負極存在兩種枝晶，其中一種含氫化鋰。

對于高能量密度鋰金屬電池而言，金屬鋰表面的枝晶沉積過程以及固液界面SEI層的形成，是影響電池安全性和電化學性能的關鍵。

然而，對于發(fā)生在固液界面的這兩個過程的機理卻一直有所爭議。如何更直接地剖析這些過程和機理，是解鎖電池枝晶和 SEI層的難點所在。

有鑒于此，美國康奈爾大學Lena F. Kourkoutis課題組通過冷凍電鏡技術實現了對鋰金屬電池固液界面以及枝晶的直接觀察。

圖1. 枝晶形貌表征

研究人員對液體電解質進行玻璃化冷凍之后，電池內部固液界面的基本結構和原始狀態(tài)隨即保存下來。然后，研究人員就可以通過冷凍掃描隧道顯微鏡對界面進行化學和結構的高分辨成像。

研究發(fā)現，在鋰金屬負極，同時存在2種類型的枝晶，一種枝晶具有拓展的SEI層，由金屬鋰組成，而另一種枝晶中竟然意外發(fā)現氫化鋰，而不是鋰金屬，這可能是電池容量降低的重要原因!

總之，這項研究為鋰電池失效機理的研究加深了理解，也進一步加強了冷凍電鏡在材料化學領域的應用，讓冷凍電鏡這個獎勵給物理學家的諾貝爾化學獎能夠更加名副其實。

圖2.枝晶和SEI層表征

圖3.枝晶附近碳成鍵環(huán)境分析

圖4. 枝晶成分分析