可充电金属基电池（Li，Na和Al）是一些用于高储能的最多样化的系统。然而，这些能量系统具有各种缺点，例如在反复的充电和放电期间沉积和形成枝晶。旨在找到用于锂电池的无树突和无沉积系统的大量研究。这些研究甚至包括使用新型材料，例如3D结构和碳纳米纤维。欧洲杯足球竞彩1,2
本文探讨了不同化学环境中电极表面上的锂的分布。使用传统的表面分析技术（XPS）以包括大面积并提供关于表面物种分布的定量信息。XPS成像和氩群深度分析也用于探索横向和深度分布。
实验
XPS使用的是最先进的技术轴光谱仪．在大量的0到1200eV的大能范围内获得测量光谱。为了确保没有充电积聚，使用了共轴电荷中和剂。氩聚类离子（20 kV AR500+）用于进行深度分析。3.缝合成像模式使得在大表面积上启用了高空间分辨率XPS图像。该成像模式将快速并行成像与舞台移动结合。
在本例中，使用400 μm视场的3x3拼接图像提供1.2 x 1.2 mm的图像。小光斑光谱学是用110微米直径的孔径进行的。每个调查频谱的采集时间为4分钟。电极合成后，通过三电极体系进行CV实验。4
结果
图1显示了在电极表面的不同区域获取的XPS测量光谱。实验后表面上存在预期的元素 - Mg，Li，Cu，O和C.用峰值鉴定检测到它们的存在。此外，含量低水平的其他元素，例如F，Na，Cl，S（参见表1），但是那些被认为是污染的结果。
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图1所示。电极表面大面积勘探光谱。
表格1。接收电极表面的表面定量。
| 元素 |
量化 |
| 原子浓缩的。(%) |
| 米 |
3.91 |
| 铜 |
3.79 |
| O |
55.00 |
| F |
5.15 |
| C |
20.81 |
| 年代 |
0.99 |
| Cl |
0.53 |
| NA. |
0．24 |
| 李 |
9.57 |
使用氩聚类深度分析进一步探索Li进入大部分电极表面的分布。高能量簇（20 kV AR500+)离子提供了快速和深入的分析，同时确保了有限的Li离子迁移。轻锂离子的迁移是单原子氩深度剖面中常见的问题。图2表示了表面物种随腐蚀时间的分布。
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图2。20 kV ar.500+电极表面的深度曲线。
在前几个蚀刻循环后，Li的浓度增加到> 20。％。进一步的溅射去除表面材料显示Li浓度的降低。这表明Li在电极表面的最上部区域中被隔离，并且一旦深度曲线与Cu块电极表面接合，Li浓度就会减小。没有多少证据表明Li已经迁移到电极深处。
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图3。(a)表面晶体光学显微镜图像;(b) XPS拼接Mg图像;(c) Cl的XPS缝合图像;(d)镁(蓝色)和氯(红色)的覆盖。
在分析室的原位光学显微镜下，在电极表面识别出白色结晶结构(图3a)。通过获得不同元素在固定能量下的峰-背景拼接图像，可以观察特定物种在表面上的相对分布和积累。为了研究所发现的晶体结构的组成，我们对测量光谱中识别的各种元素进行了XPS图像(图3b-c)。
图像显示，晶体区域表现出更高的浓度的CI相对于电极表面的其他部分。相比之下，Mg的浓度呈下降趋势。图3d显示了两个元素XPS图像的组合叠加图像，突出了元素的显著分布差异。
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图4。电极（蓝色）和微晶（红色）区域的110微米小点测量光谱。
此外，图4呈现了使用XPS图像进行导航的晶体区域上和关闭的小点，选择的区域光谱。来自电极和晶体测量光谱的元素定量显示在表2中。
表2。电极和晶体面积的表面定量。
| 元素 |
量化 |
| 蓝色(电极) |
红色(水晶) |
| 毫克1 |
5.24 |
0.97 |
| CU 2P. |
2.46 |
0.36 |
| o 1s. |
50.49 |
42.30 |
| F 1 |
3.79 |
1.52 |
| C 1s. |
31.59 |
34.56 |
| S 2P. |
1.18 |
0.46 |
| Cl 2 p |
2.66 |
10.75 |
| 李1S. |
2.00 |
8.97 |
| na 1s. |
0.59 |
0.11 |
图像表明结晶区域上的CL高积累以及显着较高的Li浓度。F，Na，S的原子浓度在晶体区域中耗尽。为了进一步代表这些结晶区域的性质，获得高能量分辨率，化学状态和光谱（图5）。
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图5。110微米小斑点光谱氯2P区域用于电极（蓝色）和微晶（红色）区域。
如预期的那样，结晶区域存在显着更高的CL信号。两个光谱的峰值拟合分析表明了用于Cl：高氯酸根（208.6eV），氯化物（198.8eV）和氯酸盐（206.6eV）的三种不同的化学环境。用于结晶区域的最占优势状态是高氯酸根离子。这以及该区域中Li的浓度增加以及其他非电极表面物种的降低浓度，表明白色晶体物质是高氯酸锂。
结论
XPS用于研究LI和其他表面物种的分布铜电极表面。氩聚类深度分析使得可以观察到Li包含在电极的表面内，并且没有穿透到块状内。在电极的表面上鉴定了高氯酸锂的结晶物种。
致谢
非常感谢TFIR的Narayanan博士，他提供了两个样本以及富有成效的讨论。
参考和进一步阅读
- J. Xiang，Y. Huang等，Nano Energy，42,2017,262-268。
- Y. Yuan，C. Wu等，储能材料，16,2019,411-418。欧洲杯足球竞彩
- http://www.kratos.com/products/arn-ion-source.(3/1/19访问)。
- 吟游诗人，艾伦j .;Larry R. Faulkner（2000-12-18）。电化学方法：基础和应用（2 ED）。Wiley。ISBN 0-471-04372-9。
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