透射電子顯微鏡研究鋰離子電池材料有進(jìn)展

透射電子顯微鏡 (TEM) 是高空間分辨下觀察材料微觀結(jié)構(gòu)的有力手段之一。在高空間分辨率下（小于0.1納米）探測材料的物理化學(xué)性質(zhì)，解決凝聚態(tài)物理中的具體問題已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。由于受到物鏡的一系列像差特別是其中球差的限制，傳統(tǒng)的電子顯微鏡很難在亞埃尺度直接成像。提高分辨率的手段主要依賴于復(fù)雜的圖像處理和計算。在上個世紀(jì)末首臺球差校正器問世之后，球差校正電子顯微技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，使得在亞埃尺度的高空間分辨率下直接獲取結(jié)構(gòu)信息成為可能。然而透射電鏡仍然面臨的一個重要技術(shù)難關(guān)是：由于輕元素（如：氫、鋰、硼、碳、氮、氧等）的電子散射截面相對較小，傳統(tǒng)的成像方法幾乎不能直接分辨出輕原子的空間位置。

利用先進(jìn)的球差校正掃描透射環(huán)形明場成像技術(shù)（STEM-ABF），直接在正極材料LiFePO4中觀察到鋰離子，并對實驗條件與像襯度的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)地討論（Mater. Express 1, 43-50, 2011）。他們首次在部分充電的LiFePO4中觀測到了鋰離子的隔行脫出，類比于石墨中存在的“階”的現(xiàn)象。

這一發(fā)現(xiàn)與之前提出的相邊界推移、核殼結(jié)構(gòu)等各類反應(yīng)模型均不一致，對于深入認(rèn)識這一材料的儲鋰機(jī)制以及“階現(xiàn)象”具有重要意義。該結(jié)果發(fā)表后，為Malik Rahul等發(fā)表在Nature Mater. (10, 587-590, 2011)上的理論計算所支持。