2022年9月5日，天津理工大學在Nano Research Energy 發表題為“Elucidating the charge-transfer and Li-ion-migration mechanisms in commercial lithium-ion batteries with advanced electron microscopy”的綜述論文。

　　 

　　圖1: (a)傳統表征方法（GITT、 EIS 、CV曲線、XRD圖譜、XPS、拉曼和NMR光譜）的原理及其所獲得的電池中的信息。 (b) 先進電子顯微鏡（原子像，EDS、EELS 、差分相位襯度、電子全息）的原理及其所獲得的鋰離子電池中的信息。

　　商用鋰離子電池在不同的應用領域面臨著不同的挑戰。在便攜類電子產品中，電池的能量密度是核心技術指標；對電動汽車而言，電池的成本、循環壽命和安全性、與能量密度(決定每次充電的續航里程)均為關鍵參數；而在儲能應用中，電池的成本、循環壽命和安全性為設計上的三大核心影響因素。鋰離子電池電化學體系中，電極材料是電池的核心組成部分，對商業電池的性能有顯著影響。為滿足新一代商用鋰離子電池對長循環壽命、高能量密度、高安全性等性能需求，除需要研究材料固有的物理和化學性質外，最關鍵的科學問題是要明晰鋰離子嵌入、脫出過程中的結構演化/動力學，及其對電極-電解質界面的影響規律，這些問題的解決對商用鋰離子電池的材料優化及全電池設計起到重要的支撐及引導作用。

　　論文將商用鋰離子電池所關注的構-效關系問題歸納梳理為電荷轉移和鋰離子遷移機制兩大類，并對先進電子顯微鏡技術在這兩個關鍵過程方面的研究進展進行了綜述（圖1）。通過與傳統表征技術（如XRD、XPS等）獲得的表征結果進行對比，闡明了常用電子顯微鏡（如原子像、電子衍射、能譜、電子能量損失譜等）及最近發展起來的先進電子顯微表征技術（如電子全息、差分相位襯度及原位電鏡技術）在研究商用鋰離子電池中的電荷轉移和離子遷移機制方面的優勢和局限性，指出了電鏡技術與其他技術聯用獲得更全面信息的必要性。論文總結了近年來商用鋰離子電池所關注幾個重要問題：（1）正極充放電過程中過渡金屬溶出和電荷轉移機制；(2)長期循環過程中CEI和SEI的結構及演變；(3)電極結構和界面對鋰離子遷移的影響。本論文可幫助研究人員更深入地了解商用鋰離子電池微觀尺度上的相關機理，并為新一代高性能電池的實用化提供了設計策略，具有一定的指導意義。

　　相關論文信息：

　　Li, C.; Liu, B. W.; Jiang, N. Y.; Ding, Y. Elucidating the charge-transfer and Li-ion-migration mechanisms in commercial lithium-ion batteries with advanced electron microscopy. Nano Res. Energy 2022, 1: e9120031. DOI: 10.26599/NRE.2022.9120031. https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120031.

　　文章來源：Nano Research Energy、科學網 

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