電子束輻照下NaCl和KCl分解過(guò)程的原位TEM研究.pdf

1、鈉離子和鉀離子電池是一類(lèi)新型電化學(xué)電源，與鋰離子電池相比，它們具有諸多優(yōu)點(diǎn)。例如鈉離子電池具有原材料資源豐富、成本低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。而鉀離子電池具有循環(huán)性能好，功率密度高等特點(diǎn)。然而，這類(lèi)電池本身是多界面的復(fù)雜體系，其充放電過(guò)程涉及電化學(xué)、物理、機(jī)械等多過(guò)程參與，所以在這類(lèi)二次電池的探索上仍未取得實(shí)質(zhì)性突破。在TEM中搭建納米級(jí)電池結(jié)構(gòu)來(lái)原位地研究電池的微觀工作機(jī)制，是近年來(lái)興起的新的電池研究方法。在納米級(jí)電池的構(gòu)建中，一般使用堿金

2、屬作為電池中的正極材料。但是在實(shí)際的原位實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)傳統(tǒng)的刮擦堿金屬單質(zhì)來(lái)獲得堿金屬的方法往往效果較差，刮取的單質(zhì)容易被徹底氧化而失效。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了使用電子輻照NaCl和KCl晶體的辦法來(lái)直接獲得金屬Na和K單質(zhì)，并探討這一過(guò)程中涉及的具體細(xì)節(jié)。
　　本文利用高分辨的透射電了顯微鏡研究了NaCl和KCl在電子束輻照下的分解過(guò)程。同時(shí)，研究了用聚合的碳?xì)浠衔锇矊觼?lái)降低電子束對(duì)NaCl和KCl晶體的輻照損傷，以達(dá)到減緩

3、輻解速率的目的。主要結(jié)果如下:
　　(1)NaCl晶體在電子束輻照下，其外觀尺寸逐漸縮小，在晶體表面或者遠(yuǎn)離NaCl晶體的碳膜上會(huì)形成許多結(jié)晶的Na顆粒。隨著輻照時(shí)間的增加，NaCl晶體最終消失，Na顆粒也最終會(huì)消失。
　　(2)NaCl的高分辨結(jié)果表明，形成的Na顆粒是體心立方結(jié)構(gòu)的單晶，其晶向和形狀會(huì)隨時(shí)間不停變化。隨輻照時(shí)間增加，Na顆粒表面會(huì)吸附NaCl分解產(chǎn)生的Cl2而形成一層NaCl殼，當(dāng)輻照時(shí)間再增加后，這層N

4、aCl殼又會(huì)被輻照分解。
　　(3)NaCl的高分辨結(jié)果還表明，電子束輻照下的NaCl晶體中會(huì)出現(xiàn)許多方形結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)。NaCl的輻照分解過(guò)程符合“層-層輻解”的模式。
　　(4)KCl晶體在電子束輻照下，其外觀尺寸逐漸縮小，在晶體中形成許多方形的結(jié)構(gòu)，這些方形結(jié)構(gòu)會(huì)擴(kuò)大、合并、恢復(fù)平坦，隨后又會(huì)出現(xiàn)新的方形結(jié)構(gòu)，如此往復(fù)。
　　(5)KCl晶體在電了束輻照下末發(fā)現(xiàn)K顆粒。輻照過(guò)程中，K的含量明顯增高，電子衍射結(jié)果表明，