【文章概述】
電流密度是控制鋰沉積形貌和固體電解質(zhì)界面（SEI）的關(guān)鍵因素。然而，電流密度對(duì)Li沉積和SEI的原子級(jí)機(jī)制尚不清楚。太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Wu Xu, and Chongmin Wang等基于低溫透射電子顯微鏡（TEM）成像，結(jié)合能量色散X射線(xiàn)能譜（EDS）和電子能量損失譜（EELS）的電子結(jié)構(gòu)分析，揭示了Li沉積形貌和SEI與電流密度的原子級(jí)關(guān)聯(lián)。他們發(fā)現(xiàn)，電流密度的增加會(huì)導(dǎo)致鋰枝晶形核和生長(zhǎng)的過(guò)電位增加，導(dǎo)致鋰枝晶從生長(zhǎng)限制型向成核限制型轉(zhuǎn)變。與電流密度無(wú)關(guān)，電化學(xué)沉積的鋰金屬（EDLi）呈現(xiàn)晶須狀形貌。在低電流密度（0.1mA/cm2）下形成的SEI是整體非晶的；而高于2mA/cm2的電流密度則形成鑲嵌結(jié)構(gòu)的SEI，其主要特征是具有Li2O和LiF分散體的非晶基體，并且SEI的厚度隨著電流密度的增加而增加。具體地說(shuō)，Li2O粒子在空間上位于SEI的上表面，而LiF在空間上靠近Li-SEI界面。這些結(jié)果為通過(guò)改變沉積條件來(lái)調(diào)節(jié)EDLi和SEI的關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性提供了可能的方法，從而與電池性能直接相關(guān)。
圖.不同電流密度下的電化學(xué)行為:（a） 在不同電流密度下，用Cu-TEM柵極上沉積鋰的實(shí)驗(yàn)電壓分布。觀察到一個(gè)明顯的過(guò)電位，被粉紅色的橢圓圈起來(lái)。插圖顯示了鋰成核的原理，解釋了所涉及的額外能量。（b） 不同電解液中不同電流密度下鋰金屬鍍層阻抗譜變化的奈奎斯特圖比較。插圖是等效電路。Re為體電解液電阻，Rf為鈍化膜電阻，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，CPE為恒相元件，Zw為Warbug阻抗。（c） 體電解液電阻（Re）、鈍化膜電阻（Rf）和電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）隨電流密度的變化而變化。
圖. 電流密度對(duì)SEI納米結(jié)構(gòu)演化的影響。（a-c）SEI的原子分辨率TEM圖像，EDLi和SEI之間的界面結(jié)構(gòu)，以及在Li上形成的觀察到的SEI示意圖，電流密度為0.1 mA cm-2，持續(xù)100 min；（d-f）2 mA cm-2，持續(xù)5 min；（g-i）5 mA cm-2，持續(xù)2 min；（j-l）9 mA cm-2，持續(xù)1.1 min。插圖：相應(yīng)的FFT圖案。
圖. 電解液中鋰金屬枝晶和SEI在電流密度為9ma-cm-2，時(shí)間為1.1min時(shí)的成分信息。（a）重疊的HAADF-STEM圖像和O-K、C-K、F-K和P-K的EDS圖譜顯示元素分布。插圖：F（wt%）隨電流密度的變化。（b） 66s電流密度為9ma cm-2時(shí)，枝晶和SEI的FK邊緣的精細(xì)結(jié)構(gòu)比較。
【總結(jié)】
利用低溫TEM、EDS和EELS等手段，在原子分辨率下保存和捕獲了束敏Li生長(zhǎng)和SEI，揭示了不同電流密度下的詳細(xì)納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)特征。我們發(fā)現(xiàn)在極低電流密度（0.1mA/cm2）下形成的EDLi晶須具有不同直徑的不均勻分布。在較高電流密度（2～9mA/cm2）下形成的EDLi鍍層也呈現(xiàn)出晶須狀結(jié)構(gòu)，但密度值不同，特別是在9mA/cm2的高電流密度下。所有晶須均表現(xiàn)出良好的鋰結(jié)晶性。SEI的結(jié)構(gòu)和組成與電流密度有關(guān)。在低電流密度（0.1mA/cm2）下形成的SEI具有整體非晶結(jié)構(gòu)，而在高電流密度（2～9mA/cm2）下形成的SEI為鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，Li2O嵌入非晶基體中，表面有一薄層Li2O。隨著沉積電流密度的增加，Li2O表面層厚度增加，在9mA/cm2處會(huì)形成額外的LiF。研究結(jié)果建立了沉積鋰和不同電流密度下形成的SEI層的電化學(xué)性能（界面阻抗）與納米結(jié)構(gòu)/化學(xué)之間的關(guān)系，為控制鋰的生長(zhǎng)和促進(jìn)穩(wěn)定的SEI形成以構(gòu)建穩(wěn)定循環(huán)的電池提供了思路。
