对固态电池中阻碍锂离子迁移的晶界进行成像

NIMS研究小组开发了一种新技术，可以对固态电池中阻碍锂离子迁移的晶界进行成像，固态电池是一种有前景的下一代电池。

固态电池——下一代可充电电池——通过用固体电解质取代液体有机电解质，比传统锂离子电池更安全、具有更高的能量密度。当前固态电池研发的一个主要问题是活性材料与固体电解质之间的界面以及固体电解质内的晶界处锂离子迁移的阻碍。

这些障碍物降低了充电/放电速率并降低了电池的能量密度。固体电解质由晶粒及其之间的边界组成。现有的离子电导率评估方法只能测量固体电解质的平均离子电导率，无法量化各个晶界的离子电导率并识别限制离子迁移的边界。

该研究小组使用二次离子质谱(SIMS)成功地对固体电解质内各个晶界处的离子迁移/扩散进行了成像和量化。SIMS通过使用聚焦的一次离子束溅射样品表面并收集和分析喷射的二次离子，能够对固体电解质样品上的化学元素分布进行成像。

研究小组首先用另一种锂同位素6Li(质量数：6，自然丰度：8%)替换了部分稳定锂同位素7Li(质量数：7，自然丰度：92%)，构成电解质样本。，使用同位素交换技术在样本边缘。

然后，研究小组使用SIMS观察了样品中6Li的扩散情况。由于使用传统SIMS无法对快速扩散的6Li分布进行成像和量化，因此该团队通过冷却样本(即冷冻SIMS)显着减慢了6Li扩散，使团队能够精确测量6Li分布并确定作为离子迁移瓶颈的晶界。

冷冻SIMS技术可用于直接观察锂离子扩散，识别固态电池中存在的许多界面/边界中作为瓶颈的界面/晶界，并确定这些障碍的原因。这种方法预计将有助于开发更高性能的固态电池。

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