x射线光电子能谱的锂盐电池

在最近的一篇论文发表在开放获取期刊ACS能源字母,研究人员提出了一个全面的x射线光电子能谱(XPS)研究三个李盐,即锂方法(LiPF₆(),锂bis) - trifluoromethanesulfonyl酰亚胺(LiTFSI)和lithiumbis (fluorosulfonyl)酰亚胺(LiFSI)。

研究:退化和物种形成的盐在XPS分析电池的研究。图片来源:Veleri / Shutterstock.com

背景

李金属阳极(lma)吸引了大量的注意力在工业和学术界在过去的十年里,与潜在的双锂离子电池的能量密度用石墨阳极。然而,充电lma的发展实际使用是受到(1)李树突的形成导致短路,(2)李库存的不断丧失,和李(3)高金属反应,导致难以控制的副反应。

设计新颖的固态和液态电解质是一种可行的途径加强安全和cyclability LMA。固体电解质界面的创建(SEI),这决定了电池的循环寿命,直接受电解液成分的影响。

XPS是最广泛使用的方法在电池研究领域的化学识别SEI。李李金属以及其他化合物,然而,通常试图对电子束敏感,空气和水。尽管XPS对SEI可以提供有用的信息,必须仔细评估这些混杂变量的影响在整个XPS分析。生活在SEI的存在层由XPS仅仅演示了。XPS分析,以避免潜在的问题,适当控制实验的设计和执行,必须和实际SEI物种由强劲的电池操作必须分配。

关于这项研究

在这项研究中,研究小组提供了一个全面的XPS对李三盐通常用于电池的研究。大部分有机溶剂提取后的XPS真空,李表层盐生产直接使用液体电解质。

李相比直接评价固体盐粉,这种制备方法有三个显著的优势:(1)关闭模拟残余盐情况下由于不完整的洗涤XPS分析之前,(2)调查可能的李在液体电解质盐物种形成的行为,和(3)量化的残留有机溶剂沉淀盐层的体积和表面积。

Ar +溅射之前,李三盐的表面电影XPS研究了基准其组成是价值观。此外,密度泛函理论(DFT)被用来计算各种原子的电荷密度LiTFSI和LiFSI。XPS测量也执行LiPF固体粉末₆、LiFSI LiTFSI。

观察

李三盐的光谱和性质不同,表明各自不同的物种形成过程和化学环境。主要是观察到李三盐容易产生的生活,特别是在Ar +溅射。不管电池性能,电极中的任何盐剩余样本在XPS测试期间可能产生的生活。彻底清洗电极样品总盐去除,因此有必要实现尤其是电极多孔结构。

此外,不同价值观的优秀参考三个李盐基准测试给识别任何残留盐或其他物种可能创建生活工件后Ar +溅射。有趣的是,Ar +溅射消除跟踪H₂O以前位于表面的杂质。Post-sputtering数据获得的不同部分LiPF6标本显示,高溅射功率导致改善生产生活。然而,缺乏任何PF5分子在这些领域透露,其浓度在整个样本空间的表面。

尽管大量的盐物种形成和退化,无机物种除了生活,包括李₂年代,李₃N,李₂啊,可以作为SEI在整个电池化学指纹操作。尽管李三盐表现出类似的生活浓缩现象,其生产路线在XPS条件下最有可能有所不同。LiFSI退化成生活包括S-F键的断裂,而LiTFSI降解生活始于氟键的断裂。这个结果意味着CS的债券LiTFSI发挥重要作用在生产XPS的可检测的副产品。

这一发现意味着LiTFSI c债券扮演重要的角色在检测由XPS副产品的生产。残留有机溶剂液体电解质的量是高度依赖于特定solvent-salt组合。此外,有机残留物像碳酸盐分解在Ar +溅射基于他们的化学结构,从而使分析的深度分析数据。此外,LiTFSI Ar +溅射后分解结果的额外在C 1 s光谱峰值约288 eV,必须排除其他有机SEI组件分配。

结论

总而言之,团队证明了XPS可能识别LiPF₆在溶解盐的物种形成产品,捕捉小H₂O杂质在商业电解质,引发进一步的副反应。当检查真正的SEI化学反应产物从这些额外的通路在O 1 s和P 2 P光谱必须仔细消除。根据作者,这些基准研究提供有用的参考峰的任务,甚至强调需要控制试验,以避免可能的错误和发现真正的SEI组件。

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源

Yu, W。Yu, Z。崔,Y。包,Z。李,退化和物种形成的盐在XPS分析电池研究ACS的能量。2022年7 XXX, 3270 - 3275 DOI:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01587

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