开云体育网址在线登录：物理所使用冷冻电镜解锁石墨嵌锂阶结构微观实质与演化

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  石墨是商用锂离子电池的要害负极资料，也是最常见的二维资料。锂离子嵌入石墨会构成一系列阶结构，阶的微观结构决议着石墨嵌入化合物的物理化学性质。但是它的微观图画及其构成和改变动力学并不明晰，这约束了精确猜测石墨嵌入化合物相关性质与功能，也阻止了石墨在不同工况下的实践使用，比方快充。现在，研究人员首要提出了两种模型（Rüdorff-Hofmann和Daumas-Hérold模型）来描绘石墨嵌锂构成的阶结构及其演化（图1a-b）。这两种模型显示出相同的长程有序结构，而具有不一样的短程结构。提醒阶结构的微观实在面纱需求凭借对纳米或许原子结构灵敏的表征技能，如透射电子显微镜（TEM）。因为石墨资料对辐照灵敏，惯例TEM难以得到石墨及其嵌入化合物的实在纳米或许原子结构。

  近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员王雪锋、研究员王兆翔和副研究员肖睿娟等使用冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）和其他表征技能和理论核算与模拟在纳米尺度上提醒了锂离子嵌入石墨后构成阶结构的特征及其演化机制。

  成果发现，锂离子不均匀地嵌入石墨层间，产生局域应力，导致石墨结构产生歪曲变形，构成位错。不同阶结构之间的改变是经过锂离子分散以及位错的移动、相互作用和转化完成的。每种阶结构锂化石墨在微观上是均匀的（具有特征的均匀晶面距离和衍射把戏的长程有序摆放），但在微观上是不均匀的（由不同的阶结构和位错组成）。基于此，该团队提出局域畴结构模型（Localized-domains model，图1c）来描绘石墨嵌锂过程中的结构演化。该研究成果联结了锂化石墨中的长程有序结构和局域结构，更新了人们对阶结构及其演化的知道，提出经过缺点工程改进石墨嵌锂动力学并有望使用于快充电池。

  图2 电化学锂化过程中石墨长程结构的演化。（a）原位XRD；（b）锂化过程中石墨的电压曲线 锂化石墨局域结构的演化。不同阶石墨嵌锂化合物的iFFT图画（a-h）及缺点分数计算（i）。

  图4 锂化石墨中缺点的类型及其演化。（a）缺点示意图及其对应的iFFT图画和应力散布；不同阶石墨嵌锂化合物中的缺点类型演化（b）及应力散布（c-g）。

  图5 锂化石墨中的长程结构和短程结构。不同阶石墨嵌锂化合物的iFFT图画（a-d）及其间的短程结构（e-h）和均匀晶面距离（i-l）。

  ）中三种不同缺点的结构演化。三种初始（a-c）及弛豫后（d-f）的具有不一样缺点的LiC

  结构；（g-i）三种结构中锂离子的分散途径；（j-l）（e）中结构跟着时刻的演化。