目前，學界對于鋰硫(Li-S)電池運行過程中硫化鋰的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律的研究還不充分。究竟是鋰的低電子電導(dǎo)率還是低離子電導(dǎo)率YI制了充電過程中硫化鋰的分解，目前還存在爭議。此外，硫化鋰的分解途徑也不清楚。

     近日，燕山大學黃建宇、唐永福和張利強課題組針對上述難題，結(jié)合PicoFemto?原位MST多場樣品桿對高溫下硫化鋰的析出和分解進行原位研究。結(jié)果表明，隨著室溫下鋰化過程的進行，硫化鋰從非晶態(tài)/納米晶轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑B(tài)，高溫下硫化鋰的析出比室溫下更完整。此外,研究還發(fā)現(xiàn)鋰離子在固態(tài)鋰電池中的擴散是可逆的。這項工作實現(xiàn)了一種在高溫下原位觀測鋰硫電池鋰化行為的新方法。相關(guān)研究成果以"In Situ TEM Observations of Discharging/Charging of Solid-State Lithium-Sulfur Batteries at High Temperatures"為題發(fā)表在《Small》上。DOI: 10.1002/smll.202001899

圖：實驗方法

      實驗平臺搭建:該鋰硫納米電池由一個S@CNT納米陰極和一個鍍鋰金屬陽極組成。S@CNTs被粘附到扁平的鋁棒上，金屬鋰被涂在另一端。鋁棒被安置在PicoFemto?原位MST多場樣品桿的三維操縱端，通過機械位移準確觸碰MEMS加熱芯片上的加熱區(qū)，從而完成整個納米電池的構(gòu)建。實驗中，機械操縱端、納米電池、MEMS芯片形成閉合回路，實現(xiàn)電池的原位充放電研究。同時，MEMS芯片還可以對電池進行高溫加熱，以研究鋰硫電池在高溫下的充放電行為。

圖：原位TEM觀測充放電

圖：不同溫度下的原位TEM充放電研究

圖：理論模型

圖：實驗中使用的原位樣品桿