In situ NMR observation of the formation of metallic lithium microstructures in lithium batteries

锂(药物) 材料科学 电极 重量分析 电化学 纳米技术 原位 化学工程 光电子学 化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学 有机化学
作者
Rangeet Bhattacharyya,Baris Key,Hailong Chen,Adam S. Best,Anthony F. Hollenkamp,Clare P. Grey
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:9 (6): 504-510 被引量:734
标识
DOI:10.1038/nmat2764
摘要

Lithium metal has the highest volumetric and gravimetric energy density of all negative-electrode materials when used as an electrode material in a lithium rechargeable battery. However, the formation of lithium dendrites and/or ‘moss’ on the metal electrode surface can lead to short circuits following several electrochemical charge–discharge cycles, particularly at high rates, rendering this class of batteries potentially unsafe and unusable owing to the risk of fire and explosion. Many recent investigations have focused on the development of methods to prevent moss/dendrite formation. In parallel, it is important to quantify Li-moss formation, to identify the conditions under which it forms. Although optical and electron microscopy can visually monitor the morphology of the lithium-electrode surface and hence the moss formation, such methods are not well suited for quantitative studies. Here we report the use of in situ NMR spectroscopy, to provide time-resolved, quantitative information about the nature of the metallic lithium deposited on lithium-metal electrodes. The formation of lithium dendrites on the metal electrode surface of lithium batteries can lead to short circuits, making them potentially unsafe and unusable. The use of in situ NMR spectroscopy provides time-resolved and quantitative information about the nature of metallic lithium deposited on lithium-metal electrodes.
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