Direct in situ measurements of electrical properties of solid–electrolyte interphase on lithium metal anodes

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作者
Yaobin Xu,Hao Jia,Peiyuan Gao,Diego E. Galvez‐Aranda,Saul Perez-Beltran,Xia Cao,Mỹ Loan Phụng Lê,Jianfang Liu,Mark Engelhard,Shuang Li,Gang Ren,Jorge M. Seminario,Perla B. Balbuena,Ji‐Guang Zhang,Wu Xu,Chongmin Wang
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:8 (12): 1345-1354 被引量:123
标识
DOI:10.1038/s41560-023-01361-1
摘要

The solid–electrolyte interphase (SEI) critically governs the performance of rechargeable batteries. An ideal SEI is expected to be electrically insulative to prevent persistently parasitic reactions between the electrode and the electrolyte and ionically conductive to facilitate Faradaic reactions of the electrode. However, the true nature of the electrical properties of the SEI remains hitherto unclear due to the lack of a direct characterization method. Here we use in situ bias transmission electron microscopy to directly measure the electrical properties of SEIs formed on copper and lithium substrates. We reveal that SEIs show a voltage-dependent differential conductance. A higher rate of differential conductance induces a thicker SEI with an intricate topographic feature, leading to an inferior Coulombic efficiency and cycling stability in Li||Cu and Li||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 cells. Our work provides insight into the targeted design of the SEI with desired characteristics towards better battery performance. The solid–electrolyte interphase is widely viewed as key to governing the performance of rechargeable batteries, but its electrical properties remain elusive. Here the authors develop an experimental approach to directly measure the properties and show that the solid–electrolyte interphase has a voltage-dependent conducting behaviour.
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