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Sweeping potential regulated structural and chemical evolution of solid-electrolyte interphase on Cu and Li as revealed by cryo-TEM

材料科学 电解质 无定形固体 箔法 X射线光电子能谱 化学工程 电化学 锂(药物) 金属 电极 结晶学 复合材料 冶金 物理化学 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Yaobin Xu,Haiping Wu,Hao Jia,Mark Engelhard,Ji‐Guang Zhang,Wu Xu,Chongmin Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:76: 105040-105040 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105040
摘要

Abstract A fundamental understanding of solid-electrolyte interphase (SEI) is paramount importance for controlling the cycling performance of rechargeable lithium metal batteries. The structural and chemical evolution of SEI with respect to electrochemical operating condition remains barely established. Here we develop a unique method for imaging the evolution of SEI formed on the Cu foil under sweeping electrochemical potential. By using cryogenic TEM imaging combined with energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy electronic structure analyses, we reveal that, for the vinylene carbonate (VC)-free electrolyte, the SEI formed at 1.0 V is a monolithic amorphous structure, which evolves to amorphous matrix embedded with Li2O particles as the voltage decreases to 0 V. In the case of VC-containing electrolyte, the SEI is featured by an amorphous matrix with Li2O particles from 1.0 V to 0 V. The thickness of SEI formed on Cu foil increases with decreasing voltage. Associated with the localized charge modulation by the surface topographic feature and defects in the Cu foil, the SEI layer shows direct spatial correlation with these structural defects in the Cu. In addition, upon Li deposition, the SEI formed on the Li metal has similar thickness with, but different composition from the SEI formed on the Cu foil at 0 V. Those results provide insight toward SEI engineering for enhanced cycling stability of Li metal.
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