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DENSsolutions原位熱電桿研究LiCoO2正極材料熱穩(wěn)定性
LiCoO2具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，其工作電壓高，充放電電壓平穩(wěn)，比能量高，循環(huán)性能好，且由于LiCoO2具有生產(chǎn)工藝簡單和電化學性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，所以實現(xiàn)商品化的正極材料。
LiCoO2雖然理論比能量很高，但對于商用的基于LCO的電池，僅利用了其理論容量的一半，另一方面，這也表明增加其實際能量密度具有巨大潛力。另外，對于鋰離子電池在大型系統(tǒng)（尤其是具有高能量密度的系統(tǒng)）上的應(yīng)用而言，熱穩(wěn)定始終是至關(guān)重要的問題。熱分解的氧氣會與易燃的電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并導致熱逃逸。另外，環(huán)境條件本身與熱穩(wěn)定性直接相關(guān)。據(jù)報道，氧化和還原氣體環(huán)境之間只有達到5×10-4 atm的差異才能使氧氣釋放溫度提高200℃。對于高壓循環(huán)，由于正極的副反應(yīng)會引入高還原環(huán)境，從而降低氧空位的形成能和遷移勢壘，驅(qū)動晶格氧釋放并在正極表面產(chǎn)生缺陷。這將使高壓LCO正極對熱不穩(wěn)定性更敏感，但是降解機理尚不清楚。
近日，來自武漢理工大學的吳勁松、孫叢立等人在ACS Nano上發(fā)表了題為“High Voltage Cycling Induced Thermal Vulnerability in LiCoO2 Cathode: Cation Loss and Oxygen Release Driven by Oxygen Vacancy Migration”的文章。該團隊在聚焦離子束（FIB）加工樣品的基礎(chǔ)上，利用透射電子顯微鏡與DENSsolutions原位雙傾加熱加電樣品系統(tǒng)結(jié)合，通過穩(wěn)定控制體系溫度，揭示了高壓LiCoO2中由氧空位遷移引發(fā)的新機制。由高壓循環(huán)引發(fā)的氧缺陷輔助Co離子遷移和還原到體相LCO晶格表面，使得失配的氧不穩(wěn)定終導致氧氣釋放。由于動力學控制的陽離子遷移過程（不斷損失的表面陽離子緩慢的由表面到體相傳播），這種氧釋放機制被稱為表面降解機制。
作者原位加熱實驗過程均在DENSsolutions原位雙傾加熱/加電樣品系統(tǒng)內(nèi)完成，穩(wěn)定的加熱控制，極低的漂移率保證了400℃下HAADF-STEM圖像的獲取和EELS譜圖的表征。
另外，作者通過FIB技術(shù)將獲得的樣品直接轉(zhuǎn)移到DENSsolutions原位加熱芯片上，加熱芯片高達850μm2的觀察窗口面積以及通過金屬加熱絲進行加熱的方式，使得客戶進行FIB操作變得更簡單便捷，搭配DENSsolutions的MEMS芯片F(xiàn)IB樣品臺和標準操作流程，輕松制取各種樣品，大大節(jié)省實驗準備時間。
1、*的52°&33°設(shè)計，方便用戶進行較小角度傾轉(zhuǎn)即可原位提取微米薄片至芯片上繼續(xù)減?。?/p>
2、DENSsolutionsMEMS芯片設(shè)計，使得芯片F(xiàn)IB制樣過程無需二次打開FIB樣品腔，大大節(jié)省制樣時間；
3、用戶可將微米厚度的薄片原位轉(zhuǎn)移到芯片上繼續(xù)減薄至納米厚度，大大提高制樣成功率，同時在芯片上實現(xiàn)精細加工，樣品上下表面都可清洗干凈，減少FIB制樣過程中引入的Pt污染。
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