冷冻X射线照片揭示电池内部的秘密

在电化学、材料科学和表面科学领域，理解原始界面的化学环境是一个长期追求的目标。对于其中一种界面——锂负极的固态电解质界面（SEI），我们对其的深入认识主要源于X射线光电子能谱（XPS）技术[1,2]。然而，在XPS测试过程中，室温（RT）与超高真空（UHV）条件会导致SEI发生显著变化，包括化学反应和挥发[1,2]。因此，亟需一种能够稳定SEI的技术。在此，我们开发了结合瞬时骤冷冷冻的低温XPS（cryo-XPS）技术，并证明它能有效保存SEI。通过低温XPS，我们发现SEI的化学组成存在显著差异，且原始SEI的厚度更厚。在超高真空环境中，该技术避免了室温条件下SEI厚度的减少以及重要组分（包括氟化锂（LiF）和氧化锂（Li₂O））的改变。这种获取原始SEI组成的新方法，使得我们能够在不同的电解质化学体系中建立SEI组成与电池性能之间的关联。最重要的是，我们强调了在低温条件下研究敏感界面的必要性。