Advanced Materials: 固体核磁共振 (ss-NMR)及磁共振成像(MRI)技术在锂/钠电池研究中的应用

不断提高二次电池的电化学性能是储能领域永恒的追求,其中关键电化学性能指标包括循环寿命、能量密度和功率密度等。而提高其综合电化学性能的关键在于深入理解电池在工作过程中。通过不断揭示其内部进行的动态且相互耦合的复杂(电)化学过程,才能找到电池失效的机理及电化学反应的限制步骤,进而采取相应的措施。这个探索的过程离不开多种先进表征技术的共同协助。近年来,固态核磁共振(ssNMR)和磁共振成像(MRI)技术以其无损、快速、可检测晶体与无定型材料、对局域结构灵敏且能够获得动力学信息等特点,在二次电池的原位以及非原位检测中发挥着越来越不可替代的作用。

厦门大学化学化工学院杨勇教授,博士研究生刘湘思梁子腾向宇轩等共同探讨了锂/钠电池中固态核磁共振(ssNMR)和磁共振成像(MRI)技术的最新发展和应用。文中首先列举了适用于锂/钠电池研究的核磁共振方法,并通过典型的实例阐明了ssNMR在表征电池材料的原始结构和充放电过程中结构演变方面的应用。此外,进一步总结了ssNMR在分析固体电解质界面(SEI)上的应用,包括SEI组分的鉴定和界面的动力学的研究等。之后,强调了原位NMR和MRI技术的最新发展,包括它们的优势、挑战、应用以及原位电池的设计原理和发展历程。最后, 该论文还从材料、界面和原位NMR的角度提出了ssNMR与MRI技术在二次电池中今后的发展方向及应用前景。

上述研究工作得到了美国国家强磁场实验室傅日强教授的帮助,以及国家自然科学基金(2018YFB0905400、2016YFB0901502),国家自然科学基金(批准号21935009、21761132030)的资助。

论文信息:

Solid‐State NMR and MRI Spectroscopy for Li/Na Batteries: Materials, Interface, and In Situ Characterization

Xiangsi Liu, Ziteng Liang, Yuxuan Xiang, Min Lin, Qi Li, Zigeng Liu, Guiming Zhong, Riqiang Fu, Yong Yang*

Advanced Materials

DOI:10.1002/adma.202005878